REFORÇO À FLEXÃO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO POR MEIO DE PROTENSÃO ...

125 Pages·2007·1.57 MB·Portuguese

REFORÇO À FLEXÃO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO POR MEIO DE
PROTENSÃO EXTERNA

Diana Valeria Schwenk Romero

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM
ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

Prof. Ibrahim Abd El Malik Shehata, Ph.D.

Profa. Lídia da Conceição Domingues Shehata, Ph.D.

Prof. Giuseppe Barbosa Guimarães, Ph.D.

Profa. Regina Helena Ferreira de Souza, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO DE 2007
ROMERO, DIANA VALERIA SCHWENK

Reforço à Flexão de Vigas de
Concreto Armado por Meio de Protensão
Externa [Rio de Janeiro] 2007
XIX, 106 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ,
M.Sc., Engenharia Civil, 2007)
Dissertação - Universidade Federal
do Rio de Janeiro, COPPE
1. Reforço à Flexão
2. Vigas
3. Protensão Externa
I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

ii
A toda minha querida família, especialmente
Rossy, Hugo e Flavia;
e aos meus saudosos amigos de Santa Cruz.

iii
A
GRADECIMENTOS

São várias as pessoas às quais desejo agradecer, pelo apoio e forças ao longo da
minha vida que me possibilitaram obter logros como o presente trabalho.
A toda minha família, em especial aos meus pais e à minha irmã, pelo carinho,
encorajamento e confiança que depositaram em mim.
Ao professor Ibrahim Shehata, pela dedicação e colaboração que se vê refletida
neste trabalho e pelos ensinamentos fundamentais para essa realização.
Aos amigos e professores de Santa Cruz de la Sierra, pela contribuição na minha
formação profissional.
Aos amigos da COPPE, especialmente Mauricio e Maria Luisa, pela grande e
valiosa ajuda em todos os momentos da elaboração deste trabalho.
À Valeria, pelo apoio, incentivo e amizade nestes anos.
Aos funcionários do laboratório de estruturas da COPPE/UFRJ, pelos serviços
prestados na realização dos ensaios do programa experimental.
Ao CNPq e à CAPES, pelo apoio financeiro.
À HOLCIM, pelo fornecimento de material usado nesta pesquisa.

iv
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

REFORÇO À FLEXÃO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO POR MEIO DE
PROTENSÃO EXTERNA

Diana Valeria Schwenk Romero

Março/2007

Orientador: Ibrahim Abd El Malik Shehata
Programa: Engenharia Civil

A finalidade deste trabalho foi analisar o comportamento estrutural de vigas de
concreto armado reforçadas à flexão por meio da protensão de barras externas.
O programa experimental consistiu no ensaio de quatro vigas simplesmente
apoiadas, com seção transversal de 150 mm x 400 mm e comprimento de 4500 mm. A
taxa de armadura de flexão dessas vigas variou de 0,49% a 1,08%. A primeira viga não
foi reforçada e serviu como referência. Duas vigas foram reforçadas com duas barras
externas (uma de cada lado) e a última foi reforçada com quatro barras externas (duas
de cada lado).
O comportamento estrutural das vigas descritas foi avaliado em termos de
flechas, deformações do concreto e da armadura longitudinal de tração e do reforço; e
carga de ruptura.
A eficiência da técnica estudada foi verificada com os resultados experimentais,
nos quais constatou-se o aumento de resistência das vigas com o reforço; que tiveram
um comportamento dúctil, apresentando ruptura por flexão. A teoria da flexão simples
pode ser utilizada para avaliar a capacidade resistente das vigas reforçadas.

v
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

FLEXURAL STRENGTHENING OF REINFORCED CONCRETE BEAMS BY
EXTERNAL PRESTRESSING

Diana Valeria Schwenk Romero

March/2007

Advisor: Ibrahim Abd El Malik Shehata
Department: Civil Engineering

The purpose of this work was to analyze the structural behavior of reinforced
concrete beams strengthened in bending by external prestressing.
The experimental program comprised tests of four beams simply supported,
with 150 mm x 400 mm rectangular cross section and 4500 mm length. The flexural
reinforcement ratio of those beams varied between 0,49% and 1,08%. The first beam
was not strengthened and served as a reference beam. Two beams were strengthened
with two external bars (one on each side) and the last one was strengthened with four
external bars (two on each side).
The structural behavior of these beams was evaluated in terms of deflections,
concrete, internal steel and prestressed steel strains and ultimate load.
The efficiency of the studied technique was verified with the experimental
results, where the increase of resistance of the strengthened beams, that had ductile
behavior and flexural failure, was achieved. The bending theory can be used to
evaluate the flexural resistance of the strengthened beams.

vi
Í
NDICE

1. Introdução 1

2. Revisão Bibliográfica 3
2.1 Generalidades…………………………………………………………….3
2.2 Técnicas de Reforço de Vigas à Flexão………………………….............4
2.2.1 Reforço por Adição de Concreto Armado…………………………...4
2.2.2 Reforço com Chapas de Aço Coladas………………………………..5
2.2.3 Reforço por Compósitos de Fibras Colados…………………………7
2.2.4 Redução do Vão…………………………………………………….. 8
2.2.5 Reforço por Protensão Externa………………………………………8
2.2.5.1 Aplicação da Protensão Externa……………………………...10
2.2.5.2 Configuração dos Cabos e Desviadores………………………10
2.2.5.3 Vantagens e Desvantagens……………………………………11
2.3 Estudos sobre a Técnica de Protensão Externa…………………………13
2.3.1 HARAJLI (1993)……………………………………………….13
2.3.2 BRANCO (1993) e ARAÚJO (1997)…………………………..17
2.3.3 TAN & NG (1997)……………………………………………...20
2.3.4 ALEMIDA (2001)……………………………………………... 23
2.3.5 TAN, FAROOQ & NG (2001)………………………………… 26
2.3.6 NG (2003)…………………………………………………… ...31
2.4 Modelos de Cálculo…………………………………………………….33

3. Programa Experimental 37
3.1 Introdução………………………………………………………………37
vii
3.2 Materiais………………………………………………………………...38
3.2.1 Concreto…………………………………………………………..38
3.2.2 Aço………………………………………………………………..39
3.3 Características das Vigas……………………………………………….43
3.3.1 Dimensões e Armaduras………………………………………...43
3.3.2 Reforço…………………………………………………………47
3.4 Execução das Vigas…………………………………………………….49
3.4.1 Concretagem……………………………………………………49
3.4.2 Instrumentação………………………………………………….50
3.4.2.1 Extensômetros Elétricos de Resistência (EER)………...50
3.4.2.2 Extensômetros Mecânicos……………………………...50
3.4.2.3 Transdutores de deslocamento…………………………51
3.4.3 Confecção do Reforço…………………………………………..52
3.5 Ensaio…………………………………………………………………...54
3.5.1 Montagem……………………………………………………….54
3.5.2 Execução………………………………………………………..56
3.6 Resultados dos Ensaios…………………………………………………56
3.6.1 Viga REF1………………………………………………………57
3.6.2 Viga VRP1……………………………………………………...60
3.6.2.1 Pré-fissuração da Viga VRP1…………………………..60
3.6.2.2 Ruptura da Viga VRP1…………………………………62
3.6.3 Viga VRP2……………………………………………………...64
3.6.3.1 Pré-fissuração da Viga VRP2…………………………..65
3.6.3.2 Ruptura da Viga VRP2…………………………………67
3.6.4 Viga VRP3……………………………………………………...69
3.6.4.1 Pré-fissuração da Viga VRP3…………………………..70
3.6.4.2 Ruptura da Viga VRP3…………………………………71

4. Análise dos Resultados 75
4.1 Introdução………………………………………………………………75
4.2 Resistência Teórica das Vigas antes do Reforço……………………….75
4.3 Resistência Teórica das Vigas depois do Reforço……………………...77
4.4 Análise das Grandezas Medidas………………………………………..80
4.4.1 Cargas de Serviço e de Ruptura, Rigidez e Ductilidade……………80
viii
4.4.2 Aumento de tensão na armadura protendida………………………..88
4.4.3 Comparação entre as Flechas Teóricas e Experimentais…………...90

5. Conclusões e Sugestões 94

Referências Bibliográficas 96

Apêndice – Tabelas de Resultados dos Ensaios 99

ix
L F
ISTA DE IGURAS

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica

Figura 2.1 – Efeito de segunda ordem. 9

Figura 2.2 – Geometria dos cabos de protensão. 11

Figura 2.3 – Geometria das vigas ensaiadas por HARAJLI (1993). 14

Figura 2.4 – Vista longitudinal e seção transversal das vigas ensaiadas por
BRANCO (1993) e ARAÚJO (1997). 17

Figura 2.5 – Vista longitudinal e seção transversal das vigas ensaiadas por
TAN & NG (1997). 21

Figura 2.6 – Geometria das vigas ensaiadas por ALMEIDA (2001). 24

Figura 2.7 – Geometria do cabo externo (ALMEIDA, 2001) 25

Figura 2.8 – Geometria das vigas ensaiadas por TAN, FAROOQ & NG (2001). 28

Figura 2.9 – Seção transversal das vigas ensaiadas por NG (2003). 32

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