análise teórica e experimental de vigas de concreto armado com armadura de confinamento

233 Pages·2002·11.51 MB·Portuguese

AANNÁÁLLIISSEE TTEEÓÓRRIICCAA EE EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALL DDEE VVIIGGAASS DDEE
CCOONNCCRREETTOO AARRMMAADDOO CCOOMM AARRMMAADDUURRAA DDEE
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RRooddrriiggoo GGuussttaavvoo DDeellaalliibbeerraa

Dissertação apresentada à Escola de
Engenharia de São Carlos, da
Universidade de São Paulo, como parte
dos requisitos para obtenção do título de
Mestre em Engenharia de Estruturas.

Orientador: José Samuel Giongo

São Carlos
2002
Aos meus pais, Moacir e
Maria Cristina, à minha
irmã Roberta e à minha
noiva Inês.

AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS

Primeiramente a Deus, pela oportunidade que me foi dada.
Aos meus pais Moacir e Maria Cristina pelo apoio e pelas palavras de
conforto nos momentos certos.
À minha noiva Inês, pelo companheirismo, amor e confiança nesses dois
últimos anos. Obrigado Inês pelas palavras de incentivo e conforto nas horas
difíceis.
À minha irmã Roberta, pela paciência para comigo e pelo incentivo
sempre prestativo de sua parte.
Ao Professor Dr. José Samuel Giongo, pela orientação cuidadosa,
ensinamentos e principalmente pela amizade demonstrada no período em que me
orientou.
Aos amigos de longa data, Valmir, Débora, Rafael e Leonardo, pela
amizade e apoio.
Aos grandes amigos de mestrado, André, Clayton, Fábio, Fernando,
Ricardo Dias e Ricardo Carrazedo, pela amizade e momentos de descontração
compartilhados.
Ao Professor Humberto Correia Lima Júnior, pelas importantes
contribuições e sugestões e pela amizade sincera.
Aos funcionários do Laboratório de Estruturas, pela colaboração e
amizade.
A Bibliotecária Maria Nadir e à secretária da pós-graduação Rosi Ap.
Jordão Rodrigues, pela amizade, paciência e disposição no esclarecimento de
dúvidas.
Ao Departamento de Engenharia de Estruturas, da EECS-USP, pela
oportunidade de ter cursado o mestrado em Engenharia de Estruturas.
À CAPES, pelo apoio financeiro que possibilitou a realização deste
trabalho.
SSUUMMÁÁRRIIOO

LISTA DE FIGURAS I
LISTA DE TABELAS XVI
LISTA DE SÍMBOLOS XIX
RESUMO XXV
ABSTRACT XXVI

1 INTRODUÇÃO 1
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 1
1.2 OBJETIVOS 2
1.3 JUSTIFICATIVA 3
1.4 METODOLOGIA 4
1.5 APRESENTAÇÃO DA DISSERTAÇÃO 5

2 CONCRETO CONFINADO 7
2.1 GENERALIDADES 7
2.1.1 CONCEITO DO CONCRETO CONFINADO 7
2.1.2 CONCRETO CONFINADO EM ELEMENTOS FLETIDOS 8
2.1.3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 8
2.1.4 EXTENSÃO DAS FÓRMULAS AO CONFINAMENTO 12
2.2 EFEITO DO CONFINAMENTO EM ELEMENTOS
ESTRUTURAIS DE CONCRETO ARMADO 14
2.2.1 EFICIÊNCIA DA ARMADURA DE CONFINAMENTO 15
2.3 MODELOS TEÓRICOS DE CONFINAMENTO 16
2.3.1 KENT & PARK 17
2.3.2 PARK PAULAY 19
2.3.3 SHEIK & UZUMERI 20
2.3.4 SAATCIOGLU & RAZVI 26
2.3.5 CUSSON & PAULTRE 30
2.4 CONFINAMENTO APLICADO ÀS VIGAS DE CONCRETO
ARMADO 35
2.4.1 MÉTODO PROPOSTO POR LANGENDONCK 36
2.4.2 MÉTODO PROPOSTO POR ZIARA et al. 39
2.5 PRESCRIÇÕES NORMATIVAS 42

3 DUCTILIDADE DE VIGAS 52
3.1 DEFINIÇÃO DO ÍNDICE DE DUCTILIDADE 52
3.2 FATORES QUE INFLUEM NA DUCTILIDADE DE VIGAS 57

4 ANÁLISE NUMÉRICA 67
4.1 INTRODUÇÃO 67
4.2 RESUMO DA FORMULAÇÃO E HIPÓTESES DO MODELO
COMPUTACIONAL 67
4.2.1 LEIS CONSTITUTIVAS DO MATERIAL 68
4.2.1.1 CONCRETO NÃO CONFINADO 68
4.2.1.2 CONCRETO CONFINADO 71
4.2.1.3 AÇO 72
4.2.2 ELEMENTO FINITO UTILIZADO 73
4.2.3 MÉTODO DE RESOLUÇÃO 73
4.3 VERIFICAÇÃO DO MODELO COMPUTACIONAL 75
4.4 DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE DUCTILIDADE IDEAL 85
4.5 ESTUDO PARAMÉTRICO 89
4.5.1 ANÁLISE I – VIGAS NO LIMITE DOS DOMÍNÍOS 3 E 4 91
4.5.2 ANÁLISE II – VIGAS NO DOMÍNIO 4 96
4.5.2.1 VIGAS CONFINADAS POR MEIO DE ESTRIBOS CIRCULARES 96
4.5.2.2 VIGAS CONFINADAS POR MEIO DE ESTRIBOS QUADRADOS 103
4.6 CONCLUSÕES PARCIAIS 109

5 ANÁLISE EXPERIMENTAL 112
5.1 CONSIDERAÇÕES INCIAIS 112
5.2 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 112
5.2.1 CIMENTO 112
5.2.2 AGREGADO MIÚDO 112
5.2.3 AGREGADO GRAÚDO 113
5.2.4 ÁGUA 113
5.2.5 ARMADURAS 113
5.3 DOSAGEM DO CONCRETO 115
5.4 MODELOS FÍSICOS 117
5.4.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO 118
5.4.2 DIMENSÕES DOS MODELOS 118
5.4.3 ARMADURAS DAS VIGAS 119
5.4.3.1 ARMADURAS LONGITUDINAIS 119
5.4.3.2 ARMADURAS TRANSVERSAIS 120
5.4.3.3 DESTALHAMENTO DAS BARRAS DA ARMADURA 122
5.4.4 PREVISÃO DOS MOMENTOS FLETORES 128
5.4.5 MEDIDA DAS DEFORMAÇÕES E DESLOCAMENTOS 128
5.4.5.1 DEFORMAÇÕES NAS ARMADURAS 128
5.4.5.2 DEFORMAÇÕES NO CONCRETO 130
5.5 MOLDAGEM 131
5.5.1 FÔRMAS 131
5.5.2 MISTURA 131
5.5.3 ADENSAMENTO 131
5.5.4 ACABAMENTO 131
5.5.5 CURA 131
5.6 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO ENSAIO DAS VIGAS 132
5.7 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS DAS VIGAS 133
5.7.1 DESCRIÇÃO DO ENSAIO DA VIGA VS-01 134
5.7.2 DESCRIÇÃO DO ENSAIO DA VIGA VC-01 137
5.7.3 DESCRIÇÃO DO ENSAIO DA VIGA VC-02 139
5.7.4 DESCRIÇÃO DO ENSAIO DA VIGA VC-03 142
5.8 RESULTADOS DOS ENSAIOS DAS VIGAS 144
5.8.1 VIGA VS-01 145
5.8.2 VIGA VC-01 146
5.8.3 VIGA VC-02 148
5.8.4 VIGA VC-03 150
5.8.5 DEFORMAÇÕES E DESLOCAMENTOS REGISTRADOS NA 152
OCORRÊNCIA DA PRIMEIRA FISSURA
5.8.5.1 DEFORMAÇÃOES NAS ARMADURAS LONGITUDINAIS 152
5.8.5.2 DEFORMAÇÃO NO CONCRETO NO BORDO MAIS
COMPRIMIDO 153
5.8.5.3 DEFORMAÇÃO NA ARMADURA TRANSVERSAL 153
5.8.5.4 DESLCOAMENTOS VERTICAIS 153
5.8.6 DEFORMAÇÕES E DESLOCAMENTOS REGISTRADOS NO
INSTANTE DA RUPTURA 154
5.8.6.1 DEFORMAÇÕES NAS ARMADURAS LONGITUDINAIS 154
5.8.6.2 DEFORMAÇÃO NO CONCRETO NO BORDO MAIS
COMPRIMIDO 154
5.8.6.3 DEFORMAÇÃO NA ARMADURA TRANSVERSAL 154
5.8.6.4 DESLOCAMENTOS VERTICAIS 155
5.9 ENSAIOS COMPLEMENTARES 155
5.9.1 ENSAIO DE COMPRESSÃO DOS CORPOS-DE-PROVA
CILÍNDRICOS DE CONCRETO 155
5.9.2 ENSAIO À COMPRESSÃO DIAMETRAL DOS CORPOS-DE-
PROVA CILÍNDRICOS DE CONCRETO 156
5.9.3 ENSAIO PRA DETERMINAR O MÓDULO DE DEFORMAÇÃO
LONGITUDINAL DO COCRETO 157

6 ANÁLISE DOS RESULTADOS 160
6.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 160
6.2 VERIFICAÇÃO DOS DOMÍNIOS DE DEFORMAÇÕES 160
6.3 MOMENTOS FLETORES DE FISSURAÇÃO 162
6.4 DEFORMAÇÕES AO LONGO DA SEÇÃO TRANSVERSAL 164
6.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS MODELOS EXPERIMENTAL E
NUMÉRICO 167
6.5.1 VIGA VC-01 167
6.5.2 VIGA VC-02 168
6.5.3 VIGA VC-03 170
6.5.4 VIGA VS-01 171
6.6 ANÁLISE DA DUCTILIDADE DAS VIGAS ENSAIADAS 172
6.7 ANÁLISE DO CONFINAMENTO 176
6.7.1 ANÁLISE DO COFINAMENTO DA VIGA VC-01 177
6.7.2 ANÁLISE DO COFINAMENTO DA VIGA VC-02 179
6.7.3 ANÁLISE DO COFINAMENTO DA VIGA VC-03 181
6.7.4 INFLUÊNCIA DA TAXA VOLUMÉTRICA DA ARMADURA
TRANSVERSAL DE CONFINAMENTO NA RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO DO CONCRETO CONFINADO 183
6.8 PROCESSO SIMPLIFICADO PARA O DIMENSIONAMENTO
DE VIGAS CONFINADAS POR MEIO DE ESTRIBOS
QUADRADOS 184

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS 188
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 192
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 197
i
LLIISSTTAA DDEE FFIIGGUURRAASS

CCAAPPÍÍTTUULLOO 22
Figura 2.1 Cilindro de concreto envolvido por um tudo de aço de parede
fina, SANTOS (1981). 7
Figura 2.2 Referencial cartesiano (x,y,z). 9
Figura 2.3 Detalhes do tubo de aço de parede fina e do cilindro de
concreto. 10
Figura 2.4 Detalhes do tubo de aço de parede fina e do cilindro de
concreto. 13
Figura 2.5 Comportamento de elementos estruturais de concreto
armado, PARK & PAULAY (1974). 15
Figura 2.6 Diferença entre o confinamento executado por meio de
estribos circulares, quadrados ou retangulares, PARK &
PAULAY (1974). 16
Figura 2.7 Curva tensão vs. deformação, KENT & PARK (1971). 18
Figura 2.8 Tensão lateral atuante em um estribo circular. 20
Figura 2.9 Curva tensão vs. deformação, SHEIK & UZUMERI (1982). 21
Figura 2.10 Área de concreto não confinado ao nível dos estribos,
SHEIK & UZUMERI (1982). 22
Figura 2.11 Estimativa da área de concreto não confinado, SHEIK &
UZUMERI (1982). 23
Figura 2.12 Relação tensão vs. deformação proposta por RAZVI &
SAATCIONGLU (1992). 27
Figura 2.13 Tensões atuantes numa seção transversal circular, RAZVI &
SAATACIOGLU (1992). 28
Figura 2.14 Distribuições de tensões numa seção transversal retangular
SAATCIONGLU & RAZVI (1992). 29
Figura 2.15 Representação das características geométrica do modelo de
CUSSON & PAULTRE (1995). 31
Figura 2.16 Relação tensão vs. deformação proposta por CUSSON &
PAULTRE (1995). 34
Figura 2.17 Diagrama de deformações específicas, NBR 6118:2001. 36