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  • LEANDRO MOUTA TRAUTWEIN

    PUNÇÃO EM LAJES COGUMELO DE

    CONCRETO ARMADO:

    ANÁLISE EXPERIMENTAL E NUMÉRICA

    Tese apresentada à Escola

    Politécnica da Universidade de

    São Paulo para a obtenção do

    título de Doutor em Engenharia.

    São Paulo

    2006

  • LEANDRO MOUTA TRAUTWEIN

    PUNÇÃO EM LAJES COGUMELO DE

    CONCRETO ARMADO:

    ANÁLISE EXPERIMENTAL E NUMÉRICA

    Tese apresentada à Escola Politécnica

    da Universidade de São Paulo para a

    obtenção do título de Doutor em

    Engenharia.

    Área de Concentração:

    Engenharia de Estruturas.

    Orientador:

    Prof. Dr. João Carlos Della Bella

    Prof. Dr. Túlio Nogueira Bittencourt

    Prof. Dr. Ronaldo Barros Gomes

    São Paulo

    2006

  • Trautwein Mouta, Leandro Punção em Lajes Cogumelo de Concreto Armado: Análise Experimental e

    Numérica / Leandro Mouta Trautwein - São Paulo, 2006. 350p. Tese (Doutorado)-Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

    Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações. 1. Concreto Armado 2. Lajes 3. Análise Experimental 4. Análise Numérica I.

    Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações II.t.

  • Dedico este trabalho aos meus pais, irmão e esposa,

    por todo amor e carinho.

  • AGRADECIMENTOS

    Ao Prof. João Carlos Della Bella, pelas valiosas sugestões e ensinamentos transmitidos.

    Ao Prof. Túlio Nogueira Bittencourt, pela sua permanente colaboração, incentivo,

    acompanhamento e amizade.

    Ao estimado amigo e Prof. Dr. Ronaldo Barros Gomes, minha eterna gratidão pela sua

    orientação, pelo seu companheirismo e pelo seu constante incentivo.

    Ao Prof. Dr. Rui Faria, meus agradecimentos pela sua imensurável acolhida e orientações na

    Universidade do Porto. Aos colegas da Universidade do Porto por terem me tratado com tanto

    carinho no período em que estive em Portugal.

    Aos professores do Departamento de Estruturas e Fundações da Escola Politécnica da

    Universidade de São Paulo, que em muito contribuíram para o meu aprendizado. A todos os

    funcionários do Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da Escola

    Politécnica.

    Ao Laboratório do Centro Tecnológico em Engenharia Civil, do Departamento de Apoio e

    Controle Técnico de Furnas Centrais Elétricas S.A, que financiou a pesquisa experimental. Ao

    engenheiro Reynaldo Machado Bittencourt e aos funcionários de Furnas, pelo auxílio na

    realização do programa experimental.

    À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP, pela concessão de

    recursos de auxílio à pesquisa e pela bolsa de doutorado. A Coordenação de Aperfeiçoamento

    de Pessoal de Nível Superior – CAPES pela bolsa de doutorado sanduíche.

    Em especial, gostaria de destacar a imensurável ajuda das amigas Taís Helena, Alessandra

    Carvalho e do amigo Jales Silva. A Antônio Acácio, Luis Otávio, Yoakim Petrola, Juarez

    Hoope, Lourival Neto, Rafael Souza, Adriane Costa, Christian Furakawa, Lorenzo Luchi e

    Fernanda Giroldo pela valiosa amizade e pelos momentos de lazer e confraternização por que

    passamos. A todos meus amigos da Escola Politécnica, que sempre estiveram de uma forma

    ou de outra motivando o desenvolvimento deste trabalho.

    Finalmente, ao meu bom DEUS, sempre presente iluminando e me guiando para os melhores

    caminhos.

  • RESUMO

    Este trabalho descreve uma pesquisa experimental de lajes cogumelo de concreto armado com

    armadura de cisalhamento, sem envolver a armadura de flexão. Onze lajes cogumelo

    quadradas de concreto com 200 mm de espessura e 3000 mm de lado, com uma área central

    carregada de 200 mm de lado, foram testadas até a ruptura. O principal objetivo dos ensaios

    foi investigar a eficiência de se utilizar esse tipo de armadura de cisalhamento sem envolver a

    armadura de flexão. Todas as lajes romperam por punção, com cargas de ruptura superiores

    em até 110%, em relação às cargas de ruptura em lajes similares sem armadura de

    cisalhamento, demostrando a eficiência da armadura.

    Foram realizadas também simulações numéricas utilizando modelos axissimétricos e

    tridimensionais, de lajes cogumelo de concreto armado, com o objetivo de reproduzir

    numericamente alguns resultados obtidos por pesquisadores e documentados na literatura,

    validando a parte experimental e a modelagem numérica. As simulações numéricas não-

    lineares foram realizadas com programa DIANA, e o modelo de fissuração do concreto

    adotado foi o distribuído (smeared crack). Foram analisados os resultados de cargas últimas e

    tipos de ruptura, fissuração, deformações nas armaduras e no concreto e as curvas carga x

    deslocamento.

  • ABSTRACT

    This work reports experimental research of reinforced concrete flat slabs with use of shear

    reinforcement not embracing the flexural reinforcement. Eleven square reinforced concrete

    flat slabs with 200 mm thickness and 3000 mm side lengths, with a square central column of

    200mm of side, were tested up to failure. The main objective was to investigate the efficiency

    of using the mentioned shear reinforcement. All slabs failed by punching and the ultimate

    loads were superior in up to 110% in relation to slabs without shear reinforcement,

    demonstrating the efficiency of the reinforcement.

    The numerical simulations using axisymmetric and three dimensional analyses, of reinforced

    concrete flats slabs, were carried out with the objective of reproducing some experimental

    results reported by different investigators, validating the experimental part and also the

    numerical modelling . The numerical simulations were performed with the software package

    DIANA, adopting the smeared crack approach to reproduce the concrete behaviour under

    shear and tension. The evaluated results were mode of failure, strain in steel and load-

    deflections curves.

  • i

    SUMÁRIO

    LISTA DE TABELAS

    LISTA DE FIGURAS

    CAPÍTULO 1......................................................................................................................................................... 1

    INTRODUÇÃO.................................................................................................................................................. 1 1.1 ASPECTOS GERAIS........................................................................................................................... 1 1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................ 2 1.3 ORGANIZAÇÃO DA TESE................................................................................................................ 4

    CAPÍTULO 2......................................................................................................................................................... 6

    REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................................................... 6 2.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ....................................................................................................................... 6 2.2 PUNÇÃO ............................................................................................................................................. 6 2.3 ENSAIOS EXPERIMENTAIS...................................................................................................................... 7

    2.3.1 Pesquisas realizadas no exterior ..................................................................................................... 7 2.3.2 Pesquisas realizadas no Brasil ...................................................................................................... 32

    2.4 ESTUDOS NUMÉRICOS ......................................................................................................................... 42 2.4.1 Bhatt (2000)................................................................................................................................... 43 2.4.2 Hallgren (2000) ............................................................................................................................. 44 2.4.3 Beutel (2000) ................................................................................................................................. 45 2.4.4 Staller (2000)................................................................................................................................. 46 2.4.5 Ozbolt (2003)................................................................................................................................. 47 2.4.6 Martinelli (2003) ........................................................................................................................... 48

    2.5 RECOMENDAÇÕES DE NORMAS PARA O CÁLCULO DE LAJES COGUMELO DE CONCRETO ARMADO COM ARMADURA DE CISALHAMENTO...................................................................