análise experimental da punção em lajes de concreto armado e

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  • ANLISE EXPERIMENTAL DA

    PUNO EM LAJES DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO

    JOS LUIZ PINHEIRO MELGES

    Tese apresentada Escola de Engenharia de So Carlos,

    da Universidade de So Paulo, como parte dos

    requisitos para obteno do Ttulo de Doutor em

    Engenharia de Estruturas.

    ORIENTADOR: Libnio Miranda Pinheiro

    So Carlos

    2001

  • A realizao mais plena do engenheiro no nasce dos conhecimentos que ele

    adquire, das tcnicas que ele desenvolve, dos ttulos que obtm e nem do lucro de

    suas obras. Ela nasce do bem estar que ele proporciona sociedade.

    Ana Clia e ao Mateus, estrelas guias de minha existncia.

  • AGRADECIMENTOS A Deus, pela vida.

    Ao professor Libnio, pela zelosa orientao e pela amizade que tenho a honra de

    desfrutar.

    Aos professores Augusto Carlos de Vasconcelos, Ronaldo Barros Gomes, Ibrahim

    Shehata, Guilherme Sales S. A. Melo, Paul Regan e Fernando R. Stucchi, pelas valiosas

    sugestes dadas na elaborao deste trabalho.

    Aos professores Joo Bento de Hanai, Jos Samuel Giongo e Jasson R. Figueiredo

    Filho, pelas sugestes dadas no Exame de Qualificao.

    Ao professor Toshiaki Takeya, pela orientao dada durante os ensaios.

    Ao professor Maximiliano Malite, pelo auxlio no projeto das vigas metlicas usadas

    como sistema de reao.

    Ao professor Antnio C. R. Laranjeiras, pelo envio de algumas referncias

    bibliogrficas, consultadas na realizao deste trabalho.

    Ao eng. Eugnio Luiz Cauduro e em especial Companhia Siderrgica Belgo -Mineira,

    pela doao das cordoalhas de protenso.

    MAC-Protenso, ao professor Evandro Porto Duarte e ao eng. Renato Calderaro,

    cuja percia e experincia tornaram possvel a protenso dos modelos ensaiados.

    Aos funcionrios do Laboratrio de Estruturas da EESC-USP, pela valiosa

    colaborao na realizao dos ensaios.

    CAPES e FAPESP, pela bolsa de doutorado e pelo auxlio pesquisa,

    respectivamente.

    SABESP, pelo emprstimo da mquina usada para serrar um dos modelos

    ensaiados.

    empresa Jeruelplast, pela doao dos espaadores usados neste trabalho.

    bibliotecria Maria Nadir Minatel, pela sua dedicao e eficincia.

    Aos engenheiros da Universidade Sagrado Corao, de Bauru, que permitiram o

    acompanhamento da protenso em um de seus edifcios.

    A todos que direta ou indiretamente contriburam para a realizao deste trabalho.

  • SUMRIO

    RESUMO ......................................................................................................... i

    ABSTRACT ....................................................................................................... ii

    1 INTRODUO............................................................................................ 001

    1.1 MOTIVAO ..................................................................................... 004

    1.2 OBJETIVOS......................................................................................... 005

    1.3 PLANEJAMENTO............................................................................... 006

    2 REVISO BIBLIOGRFICA ...................................................................... 008

    2.1 HISTRICO ........................................................................................ 008

    2.1.1 Pesquisas internacionais ............................................................... 008

    2.1.2 Pesquisas no Brasil...................................................................... 011

    2.2 PROTENSO ...................................................................................... 014

    2.2.1 Lajes protendidas ......................................................................... 017

    2.2.2 Tipos de protenso ....................................................................... 019

    2.2.3 Traado dos cabos ....................................................................... 021

    2.3 RESISTNCIA DO CONCRETO AO CISALHAMENTO ................ 026

    2.4 RESISTNCIA DAS LAJES PUNO ............................................ 027

    2.5 ANLISE DOS ESFOROS ................................................................ 030

    2.6 COMPORTAMENTO OBSERVADO EM ENSAIOS .......................... 033

    2.7 ANLISE DA SUPERFCIE DE RUNA ............................................. 034

    2.7.1 Superfcie de runa para pilares de borda e de canto ...................... 035

    2.7.2 Superfcie de runa para ligaes com armadura de puno .......... 036

    2.8 PARMETROS ENVOLVIDOS .......................................................... 039

    2.8.1 Espessura ou altura til da laje ...................................................... 039

    2.8.2 Dimenses, formato e posio do pilar .......................................... 040

    2.8.3 Resistncia do concreto ............................................................... 041

    2.8.4 Relao momento fletor / fora cortante ....................................... 041

    2.8.5 Taxa de armadura de flexo ......................................................... 041

    2.8.6 Efeito de escala (size effect) ...................................................... 042

    2.8.7 Influncia do tipo de carregamento .............................................. 042

    2.8.8 Armadura de puno .................................................................... 043

  • 2.9 TIPOS DE ARMADURA DE PUNO ............................................... 043

    2.9.1 Estribos ...................................................................................... 044

    2.9.2 Barras dobradas .......................................................................... 046

    2.9.3 Shearheads ............................................................................... 046

    2.9.4 Fibras ........................................................................................... 048

    2.9.5 Conectores tipo pino .................................................................... 050

    2.9.6 Segmentos de perfis metlicos ...................................................... 053

    2.9.7 Sistema shearband .................................................................... 053

    2.10 MODELOS DE CLCULO .................................................................. 054

    2.10.1 Mtodo da superfcie de controle ................................................ 054

    2.10.2 Mtodo de bielas e tirantes ......................................................... 055

    2.10.3 Modelos mecnicos .................................................................... 056

    3 INVESTIGAO EXPERIMENTAL ........................................................... 058

    3.1 DIMENSES DOS MODELOS E ESQUEMA DO ENSAIO ............. 058

    3.2 FRMA ................................................................................................ 073

    3.3 CONCRETO ......................................................................................... 076

    3.4 PROJETO, EXECUO E CARACTERIZAO DOS

    MATERIAIS USADOS NA ARMADURA DE FLEXO .......... 085

    3.4.1 Modelos de concreto armado ....................................................... 085

    3.4.2 Modelos de concreto protendido .................................................. 091

    3.4.3 Caracterizao dos materiais ........................................................ 098

    3.5 PROJETO, EXECUO E CARACTERIZAO DOS

    MATERIAIS USADOS NA ARMADURA DE PUNO .......... 100

    4 INSTRUMENTAO DOS MODELOS E RESULTADOS OBTIDOS ........ 107

    4.1 INSTRUMENTAO DA ARMADURA

    DE FLEXO TRACIONADA ............................... 111

    4.2 INSTRUMENTAO DA ARMADURA

    DE FLEXO COMPRIMIDA .............................. 119

    4.3 INSTRUMENTAO DO CONCRETO .............................................. 123

    4.4 INSTRUMENTAO DOS DESLOCAMENTOS ............................... 129

    4.5 INSTRUMENTAO DA ARMADURA DE PUNO ...................... 135

    4.5.1 Comparao entre os modelos M2 e M5 ..................................... 135

    4.5.2 Comparao entre os modelos M3 e M6 ..................................... 140

    4.6 INSTRUMENTAO DAS CORDOALHAS DE PROTENSO ....... 142

  • 4.7 FOTOS DA RUPTURA DOS MODELOS ............................................ 145

    4.7.1 Modelo M1 .................................................................................. 146

    4.7.2 Modelo M2 .................................................................................. 148

    4.7.3 Modelo M3 .................................................................................. 151

    4.7.4 Modelo M4 .................................................................................. 153

    4.7.5 Modelo M5 .................................................................................. 154

    4.7.6 Modelo M6 .................................................................................. 157

    5 ANLISE DOS RESULTADOS ................................................................... 160

    5.1 ANLISE DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS OBTIDOS ......... 160

    5.1.1 Modelo M1 .................................................................................. 160

    5.1.2 Modelo M2 .................................................................................. 166

    5.1.3 Modelo M3 .................................................................................. 174

    5.1.4 M