Waste out-sorting options

1.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS

O sistema estrutural de lajes lisas ou cogumelo, apoiadas diretamente em pilares e ainda protendidas é cada vez mais utilizado em construções no Brasil e no mundo. Esta tendência se deve a três fatores que são: simplicidade construtiva, economia de material e mão-de-obra, e fator arquitetônico.

A simplicidade construtiva é dada pela facilidade na execução das formas com a redução de recortes pela ausência de vigas, facilidade na elaboração das armaduras e facilidade na concretagem. Isto possibilita a execução das lajes em menor tempo, o que as torna mais econômicas em comparação com o sistema convencional de lajes apoiadas em vigas. Arquitetonicamente, a ausência de vigas permite maior liberdade na definição dos espaços internos, facilidade de execução das instalações sob a laje e aumento do pé-direito efetivo. Além disso, o uso da protensão não aderente com monocordoalha engraxada trouxe ao sistema praticidade, rapidez e economia. Com a protensão é possível se obter vãos maiores com controle ou ausência de fissuras e grandes deformações para as cargas de serviço. Lajes lisas com o uso de capitéis foram utilizadas pela primeira vez nos Estados Unidos da América por TURNER, em 1905.

O parâmetro que exige maior atenção em se tratando de lajes cogumelo é a possibilidade de ruptura da laje por punção na ligação laje-pilar, pois aí se concentram grandes forças cortantes e momentos fletores. Este problema é agravado quando os momentos não são balanceados, como é o caso de pilares de borda ou de canto, e a seção do perímetro de cálculo em torno do pilar é reduzida. O comportamento neste caso é complexo, pois envolve combinações de tensões devidas à flexão, ao esforço cortante e ao momento torçor e, dependendo da combinação dessas tensões, diversos tipos de ruptura podem ser verificados.

A complexidade da distribuição tridimensional de tensões ao redor do pilar e o grande número de parâmetros interdependentes envolvidos na resistência à punção tornam difícil o desenvolvimento de uma solução geral analítica para o cálculo dessa resistência na ligação, e os métodos comumente usados para o cálculo são expressões puramente empíricas baseadas

A resistência à punção em lajes cogumelo, protendidas e não-protendidas, é governada por uma série de parâmetros: resistência do concreto, taxa de armadura à flexão, altura útil da laje, protensão, geometria da área carregada, efeito escala, além de outros parâmetros de menor importância. Essa quantidade de variáveis dificulta a investigação do comportamento desse tipo de ligação, encontrando-se então na literatura, vários trabalhos que abordam um ou vários desses parâmetros.

1.2- HISTÓRICO RESUMIDO SOBRE O ESTUDO DA PUNÇÃO

O início das pesquisas experimentais sobre a punção data de quase um século. A primeira pesquisa sobre o tema foi realizada por TALBOT em 1913. Ele ensaiou 197 sapatas, 114 sob muros e 83 sob pilares, e verificou que 20 romperam por punção. Talbot propôs, então, um cálculo para a resistência ao cisalhamento de ligações laje-pilar baseado apenas na resistência do concreto, sem levar em conta a influência da armadura de flexão. O autor constatou que a armadura de flexão tem influência sobre a resistência à punção e concluiu que a superfície de ruptura é tronco-cônica com faces inclinadas de um ângulo de aproximadamente 45º.

Em 1933, GRAF concluiu que a resistência à punção da laje aumentava muito pouco com o aumento da resistência à compressão do concreto e confirmou que a fissuração devido à flexão diminui a resistência da ligação laje-pilar.

RICHART, quinze anos depois, em 1948, ensaiou 164 sapatas, 24 sob muros e 140 sob pilares, e observou que a diminuição do parâmetro d (altura útil da armadura de flexão da laje) aumentava a resistência da ligação. Depois concluiu que o parâmetro que aumentava a resistência da ligação era a taxa de armadura de flexão, já que, ao diminuir a altura útil da laje, esta precisava de mais armadura de flexão.

Em 1953, HOGNESTAD, percebendo que a influência da flexão era considerável e, portanto, não dispensável no cálculo do esforço cortante, propôs o primeiro cálculo considerando este efeito recalculando as sapatas de RICHART. Já em 1956, em parceria com ELSTNER, HOGNESTAD observou em ensaios realizados que a concentração de armadura de flexão sobre o pilar não influenciava diretamente na resistência última ao cisalhamento, associando o aumento da armadura de flexão a uma redução da fissuração e, por conseguinte, ao aumento da resistência à punção.

O primeiro a estudar mais detalhadamente a transferência de momentos nas ligações laje-pilar foi MOE, em 1961, que ensaiou 43 lajes e fez um estudo estatístico dos resultados de 260 lajes e sapatas, e concluiu que essa transferência reduz a resistência da ligação e que a resistência à punção está estritamente relacionada com a resistência à flexão.

KINNUNEN e NYLANDER em 1960 ensaiaram lajes retangulares protendidas, representativas de lajes de pontes, e a partir destes ensaios desenvolveram uma formulação baseada em um modelo mecânico que definia melhor a influência da flexão na resistência à punção. Concluindo que a inclinação da superfície de ruptura na direção longitudinal dos cabos de protensão era de aproximadamente 18° com relação à horizontal, enquanto que na direção transversal em torno de 45°, o que demonstrou que é significativa a influência da tensão no concreto produzida pela protensão.

LAGENDONCK, em 1966 no Brasil, concluiu que o uso do complexo método de cálculo de NYLANDER só se justificaria se os resultados por ele obtidos fossem mais exatos. Ele comparou os resultados de 172 ensaios obtidos pelo método de NYLANDER com a formulação do ACI-318/63 e com a formulação de MOE e chegou à conclusão que a formulação de MOE, embora mais simples, apresentava estimativas mais próximas dos ensaios.

GESUND e DIKSHIT, em 1971 verificaram, que em muitos casos, a resistência à punção é governada pela resistência à flexão e que esta pode ser calculada pela teoria das charneiras plásticas para lajes com carregamento uniformemente distribuído.

Cinco anos mais tarde, em 1976, PARK & ISLAM analisaram a influência da armadura de punção em lajes assimetricamente carregadas e constataram que estribos fechados, além de aumentar a resistência da ligação, fornecem a esta mais ductilidade, o que evita, ou pelo menos reduz, rupturas repentinas.

Em São Carlos, Universidade de São Paulo, Brasil, em 1972, o Professor Dante Martinelli começa um amplo projeto de pesquisas, sugerido pelo Prof. Telêmaco van Langendonck, sobre o estudo experimental da resistência à punção da ligação laje-pilar de borda e canto em lajes cogumelo de concreto armado. Este projeto incluiu as dissertações de mestrado de FIGUEIREDO FILHO (1981), TAKEYA (1981), LIBÓRIO (1985), GONÇALVES (1986) e MODOTTE (1986).

Na Universidade de Brasília os primeiros ensaios de punção em lajes de concreto armado foram realizados por SANTOS (1995) e por OLIVEIRA (1998), e em lajes protendidas por CORREA (2001), ALVES (2002) e VILLAVERDE (2003), em suas dissertações de mestrado, e nas teses de doutorado de SILVA (2005) e CARVALHO (2005). Todos estes trabalhos estudando as ligações de lajes e pilares interiores, com e sem armadura de cisalhamento, sob a orientação do Professor Guilherme Sales S. de A. Melo.

1.3- MOTIVAÇÃO

A verificação à punção de lajes cogumelo, sejam protendidas ou de concreto armado, é baseada em informações de ensaios realizados, e, não obstante o grande número de pesquisas já realizadas na área, não se conhece totalmente a interação de todos os parâmetros na determinação da resistência desse tipo de ligações. Para as ligações laje-pilar de borda e de canto, o número de ensaios disponíveis é menor, e as formulações se apresentam extremamente conservadoras. Em estudos experimentais com estes tipos de conexões, a relação carga última experimental versus carga estimada pelas normas para a ruptura por punção é de aproximadamente o dobro, o que mostra as incertezas que existem no cálculo destes tipos de ligação. Isto justifica a necessidade de continuar ampliando os conhecimentos teórico-experimentais sobre o comportamento de lajes de concreto protendido, estudando algumas das variáveis que influenciam no cálculo da resistência a punção.

1.4- OBJETIVOS

O objetivo geral deste trabalho é investigar o comportamento à punção de ligações laje-pilar de borda em lajes lisas de concreto protendido com cordoalhas não aderentes. Os objetivos específicos são:

• Analisar a influência da variação do momento fletor e da força cortante, atuantes na ligação laje-pilar de borda, na resistência à punção da laje;

• Analisar a influência da tensão de compressão no plano da laje devida à protensão na resistência à punção da laje;

• Analisar a influência da taxa de armadura de flexão passiva, e de uma armadura adicional de borda, na resistência à punção da laje;

• Comparar os resultados experimentais obtidos com os estimados segundo as normas: ACI 318:2002, fib:1998, EC2:2001, e NBR 6118:2003.

1.5- METODOLOGIA

Para a realização deste trabalho foram ensaiadas 15 ligações laje-pilar de borda, tendo como principal variável a relação M/V (excentricidade da força cortante) na ligação, obtida variando-se a relação (P1/P2) entre as cargas P1 (carga que causa momento predominante paralelo à borda) e P2 (carga que causa momento predominante perpendicular à borda), que variou de “infinito” (P2 = 0) a 0 (P1 = 0), e com cinco relações intermediárias (4, 2, 1, 0,5 e 0,25). As variáveis secundárias foram a quantidade e distribuição das armaduras passivas e ativas.

Os 15 modelos de lajes foram divididos em 4 grupos, em função da armadura utilizada (ativa e passiva) e do carregamento aplicado. O primeiro grupo, composto por 7 lajes (lajes L1 a L7), tem mesma armadura passiva (ρx = 0,6% e ρy = 0,75%, sendo “x” a direção paralela e “y” a perpendicular à borda) e ativa (composta por 6 cabos perpendiculares e por 3 cabos paralelos à borda). O segundo grupo, composto por três lajes (L8 a L10), difere do primeiro quanto à quantidade de cabos de protensão utilizada, 4 cabos perpendiculares e 2 cabos paralelos à borda. A armadura passiva foi a mesma do grupo 1. No terceiro grupo, composto por quatro lajes (L11 a L14), a armadura ativa foi a mesma do grupo 1 (6 cabos perpendiculares e 3 cabos paralelos à borda), enquanto que a armadura passiva foi variável. Finalmente no grupo 4, composto por uma laje (L15), laje similar à laje L7 (grupo 1), com armadura ativa composta por 6 cabos perpendiculares e por 3 cabos paralelos à borda, e mesma armadura passiva na direção “y” (ρy = 0,75%), mas com um reforço de 6 Ø 10 mm colocado paralelo à borda da laje, resultando em uma taxa ρx = 0,74% na direção “x”.

1.6- CONTEUDO DA TESE

Além deste capítulo introdutório, com as considerações iniciais, um histórico resumido sobre estudo da punção, a motivação e os objetivos, o trabalho apresenta mais 6 (seis) capítulos descritos a seguir, Referências Bibliográficas e 3 (três) Apêndices.

No capítulo 2 apresenta-se uma revisão bibliográfica com os conceitos relacionados à punção e flexão em lajes protendidas, recomendações feitas pelas normas ACI 318M-02, EUROCODE 2-2001, fib – CEB – FIP (1998) e NBR-6118 (2003). Por fim são apresentadas diversas pesquisas sobre punção em ligações laje-pilar de borda, em lajes cogumelo de concreto protendido.

O capítulo 3 apresenta em detalhes o programa experimental, com as características geométricas dos modelos de laje utilizados, materiais e instrumentação empregada na fabricação, técnicas e procedimentos para a protensão e esquema de carregamento utilizado. O capítulo 4 apresenta os resultados dos ensaios dos materiais utilizados, e são apresentados os resultados de fissuração, carga e modo de ruptura, deformações na armadura passiva e na superfície inferior do concreto, deslocamentos verticais e força de protensão.

No capítulo 5 é realizada uma análise comparativa dos resultados experimentais entre todas as lajes ensaiadas.

No capítulo 6 é realizada uma análise comparativa dos resultados experimentais com as estimativas previstas pelas normas, detalhadas no Capítulo 2.

O capítulo 7 apresenta as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. Por último são apresentados as referências bibliográficas e os apêndices.