Discussion of main findings

Como abordado anteriormente, através dos parâmetros que influenciam a resistência à punção, é possível adotar algumas medidas para aumentar a capacidade resistente da ligação laje-pilar, tais como: o aumento da resistência do concreto, da taxa de armadura de flexão, da seção transversal do pilar e da espessura da laje. No entanto, conforme explanado por Beutel e Hegger (2002), o aumento da resistência do concreto e da taxa de armadura são menos efetivos e, em muitos casos, não é prático (seções transversais elevadas para os pilares são soluções muitas vezes rejeitadas pelos arquitetos). Além disso, quanto maior for a espessura da laje, aumenta- se o custo das fundações e dos pilares; tendo em vista o aumento do peso próprio da estrutura.

Nesse sentido, a forma mais eficiente para aumentar a capacidade resistente de uma laje lisa é por meio do uso de armadura de cisalhamento, que consiste em uma armadura de aço colocada transversalmente na região puncionada e que deve apresentar taxa suficiente para resistir aos esforços solicitantes.

Pesquisas como as de Gomes (1991), Yamada, Nanni e Endo (1992), Regan e Samadian (2001), Beutel e Hegger (2002), e Hegger et al. (2017) confirmam a eficiência da armadura de cisalhamento no aumento da capacidade resistente à punção e a ductilidade de uma ligação laje- pilar, porém, não de forma linear, sendo menos pronunciado para quantidades muito elevadas de armadura de cisalhamento, podendo até alterar o modo de ruptura para flexão. Tais parâmetros dependem do tipo e do arranjo da armadura de cisalhamento.

2.3.1 Tipos de Armadura de Cisalhamento

Embora outros tipos de armadura transversal tenham demonstrado acrescentar significativamente a resistência à punção e a ductilidade em comparação com lajes similares sem armadura de cisalhamento - como os tipos estudados por Park et al. (2007), Trautwein et al. (2011), Furche e Bauermeister (2014), Ferreira et al. (2016), e Hegger et al. (2017) - as normas ACI 318 (2014) e ABNT NBR 6118 (2014) amparam apenas o uso de estribos e conectores do tipo pino (studs) como armadura de cisalhamento para lajes lisas. Já o Eurocode 2 (2004) não faz recomendações quanto ao uso de studs e restringe-se ao uso do sistema de armaduras de cisalhamento do tipo estribo bem ancorado.

Os estribos são armaduras constituídas por barras de aço que podem ser posicionados perpendicularmente ou com uma determinada inclinação em relação ao plano da laje. Nesse caso, a ancoragem é garantida pelas dobras que envolvem as barras longitudinais ou por meio de barras transversais soldadas.

Os conectores de aço tipo pinos (studs) são armaduras compostas de uma haste reta com as extremidades soldadas em chapas de aço e que funcionam como peças de ancoragem da armadura de cisalhamento na armadura de flexão. São bastante empregados em construções com lajes lisas, principalmente, devido a sua eficiente ancoragem mecânica (CORDOVIL, 1997).

Ao longo dos anos, alguns pesquisadores têm buscado conceber sistemas de armaduras eficientes com o objetivo de facilitar e agilizar a montagem nas construções. A respeito disso, é válido destacar a pesquisa de Caldentey et al. (2013), no qual a armadura de cisalhamento se assemelha a deste trabalho. Diante disso, a proposta da utilização de armadura de cisalhamento sem envolver a armadura de flexão pode se mostrar conveniente.

2.3.2 Arranjos das Armaduras de Cisalhamento

Além da escolha do tipo de armadura, é responsabilidade do projetista propor o arranjo desta armadura. Geralmente, a armadura é distribuída simetricamente em camadas ao redor do pilar ou área carregada. Os arranjos das armaduras de cisalhamento mais comuns e que são encontrados nas prescrições normativas, como na ABNT NBR 6118 (2014) e Eurocode 2 (2004), são a distribuição radial e em “cruz”. Contudo, a compatibilização desse tipo de armadura com as de flexão deve ser considerada na fase de projeto, uma vez que a falta dessa característica pode ocasionar problemas, principalmente nas armaduras do tipo estribos dispostas radialmente. Nesse caso, é preferível que haja a distribuição em faixas ortogonais, em um arranjo em “cruz”, como propõem o ACI 318 (2014). Nesse sentido, a Figura 2.13 apresenta os arranjos de distribuição das armaduras de cisalhamento.

a) Distribuição em “cruz” b) Distribuição radial

Figura 2.13 − Arranjos gerais das armaduras de cisalhamento [adaptado de CORDOVIL (1997)]

Em sua pesquisa experimental de lajes lisas de concreto armado submetidas a carregamento simétrico, Gomes (1991) obteve melhores resultados com o arranjo da armadura de cisalhamento na forma de distribuição radial em comparação com a distribuição em cruz.

A distância entre a face do pilar ou área carregada e a primeira camada é denominada de (

s

já o espaçamento entre as camadas de armadura é identificado como (

s

limitadas pelas normas ABNT NBR 6118 (2014), Eurocode 2 (2004) e ACI 318 (2014) com o intuito de tentar garantir que a armadura seja capaz de controlar a abertura de fissuras.

Para Ferreira (2010), essas recomendações normativas parecem ser justificadas devido à possibilidade de a superfície de ruptura não passar por nenhuma barra da armadura de cisalhamento, uma vez que a resistência à punção de lajes lisas com armadura de cisalhamento rompendo na região das armaduras está diretamente relacionada com a quantidade de camadas de armaduras interceptadas pela superfície de ruptura. A respeito desse tipo de ocorrência, Yamada, Nanni e Endo (1992) constataram que espaçamentos superiores aos limites normativos podem ocasionar uma ruptura onde a fissura de cisalhamento não cruza a armadura de cisalhamento, reduzindo significativamente a capacidade resistente da laje.

Autores como Regan (1985), Cordovil (1997), Beutel e Hegger (2002), e Ferreira (2010), relatam que as lajes lisas com armadura de cisalhamento bem ancoradas podem colapsar de três modos distintos de superfícies de ruptura associados à punção, conforme ilustra a Figura 2.14. Uma dessas possibilidades é o fato de a ruptura ocorrer na zona entre o pilar e a primeira camada de armadura, por esmagamento da biela comprimida (Figura 2.14a). Outra possibilidade é o fato de a superfície de ruptura ocorrer dentro da região da armadura de cisalhamento, por esgotamento da resistência à tração diagonal da ligação laje-pilar (Figura 2.14b). Além disso, ainda é possível que a superfície de ruptura se desenvolva na região situada fora da armadura de cisalhamento, com características semelhantes à da ruptura da laje sem armadura de cisalhamento, conforme indicado na Figura 2.14c.

O projeto da armadura de cisalhamento requer a consideração de cada um dos modos de ruptura, bem como a atenção quanto à ancoragem e detalhamento construtivo.

Nesse sentido, a resistência à punção será governada pela menor resistência entre os modos de ruptura. Todavia, de acordo com Cordovil (1997), a situação ideal seria o modo de ruptura por esgotamento da resistência à tração diagonal com a armadura de cisalhamento entrando em escoamento, aumentando assim a ductilidade da estrutura antes do colapso. A respeito disso, Pereira Filho (2016) relata que a ruptura fora da região das armaduras deve ser evitada, pois, nesses casos, as evidências experimentais indicam que a ruína é tão frágil quanto em ligações laje-pilar sem armaduras de cisalhamento.

a) Esmagamento da biela de compressão (MÁX)

b) Ruptura na região da armadura de cisalhamento (IN)

c) Ruptura na região externa à armadura de cisalhamento (OUT)

Figura 2.14 − Modos de ruptura de lajes lisas armadas à punção [adaptado de FERREIRA (2010)]