Universidade de Aveiro

2009

Departamento de Engenharia Civil

Licnio Filipe Noivo ndio Ferreira

Reforo ao Corte de Elementos em Beto Armado com Chapas Metlicas

Universidade de Aveiro 2009

Departamento de Engenharia Civil

Licnio Filipe Noivo ndio Ferreira

Reforo ao Corte de Elementos em Beto Armado com Chapas Metlicas

Dissertao de Mestrado apresentado Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil realizada sob a orientao cientfica do Dr. Paulo Cachim, Professor associado e do Dr. Miguel Morais, Professor auxiliar, do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro.

Dedico este trabalho minha famlia.

O jri

Presidente

Prof. Doutor Anbal Guimares da Costa Professor Catedrtico do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro

Prof. Doutora Ana Maria Magalhes Ribeiro Sarmento Teixeira Bastos Professora Auxiliar do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Prof. Doutor Paulo Barreto Cachim Professor Associado do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro

Prof. Doutor Miguel Nuno Lobato de Sousa Monteiro de Morais Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro

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Palavras-Chave Resumo

Esforo transverso, beto armado, vigas, chapas metlicas, resistncia, tenso, aderncia

Este estudo aborda um tipo de reforo ao esforo transverso em elementos de beto armado. Pode ser implementado em vigas e lajes, e constitudo por chapas metlicas lisas. As chapas so colocadas na armadura, previamente betonagem, de modo a ficarem embebidas no beto. Para o estudo do comportamento deste sistema de reforo, foi elaborado um procedimento experimental em que se testaram vigas de beto armado reforadas com chapas metlicas. Todas as vigas foram sujeitas a uma fora vertical concentrada, at alcanarem a rotura por esforo transverso, permitindo obter informao sobre acrscimos de resistncia. As vigas foram modeladas numericamente, com recurso ao programa de clculo estrutural SAP2000. A modelao foi realizada com a finalidade de conhecer os esforos e as tenses que ocorreram nos constituintes das vigas, como no beto, nas chapas, na armadura, e as vantagens que a chapa metlica ofereceu, bem como o que o aumento de espessura e de comprimento proporcionou.

Keywords Abstract

Shear, reinforced concrete, beams, steel plates, resistante, tension, adhesion

This present work concerned one kind of shear reinforcement in reinforced concrete elements. It can be implemented in beams and slabs, and it consists by flat steel plates. The steel plates are placed in the reinforcement previously to concreting, in order to be embedded in concrete. To study the behavior of the reinforcement system, it was realized a experimental procedure in which were tested concrete beams reinforced with steel plates. All beams were subjected to a concentrated vertical force, until they reach the rupture by shear, providing information about increases in resistance. The beams were modeled numerically with the use of structural calculation program SAP2000. The modeling was carried in order to know the stresses in the beam components, as in concrete, in the steel plates, in steel rods, and the advantages that the steel plates offered, as well as the increase thickness and length provided.

I

ndice

1. Introduo ...................................................................................................................... 1 2. Esforo transverso ......................................................................................................... 5

2.1. Consideraes gerais ............................................................................................. 5 2.1.1. Elementos de beto armado sem armadura transversal ................................. 6 2.1.2. Elementos de beto armado com armadura transversal................................. 9 2.1.3. Foras na vizinhana de apoios ................................................................... 11

2.2. Reforo de vigas ao corte .................................................................................... 12

2.2.1. Consideraes gerais ................................................................................... 12 2.2.2. Importncia do beto e da armadura transversal ......................................... 12

2.2.3. Chapas metlicas ......................................................................................... 13

2.2.3.1. Definio do mtodo ............................................................................... 13 2.2.3.2. Aderncia do ao liso ao beto ................................................................ 14 2.2.3.3. Qualidade e Natureza do ao ................................................................... 14 2.2.3.4. Reforo com chapas metlicas coladas ................................................... 16

2.2.4. Perfis metlicos ........................................................................................... 23

2.2.5. FRPs ........................................................................................................... 24

3. Punoamento ............................................................................................................... 29 3.1. Consideraes gerais ........................................................................................... 29

3.1.1. Lajes fungiformes ........................................................................................ 29 3.1.2. Vantagens e desvantagens das lajes fungiformes ........................................ 29 3.1.3. Histrico ...................................................................................................... 31

3.2. Esforos de punoamento .................................................................................... 32

3.2.1. Definio de punoamento .......................................................................... 32 3.2.2. Permetro de controlo .................................................................................. 34 3.2.3. Tipos de rotura ............................................................................................. 34

3.3. Solues existentes de resistncia ao punoamento ............................................ 35 3.3.1. Estribos ........................................................................................................ 35

3.3.2. Vares inclinados ........................................................................................ 38 3.3.3. Studs ......................................................................................................... 39 3.3.4. Riss Star ................................................................................................... 40 3.3.5. Fibras de ao ................................................................................................ 41

3.3.6. Shearband System ....................................................................................... 41 3.3.7. Segmentos de perfis metlicos de seco I .................................................. 42

3.3.8. UFO .......................................................................................................... 43 3.3.9. Shearheads ............................................................................................... 43 3.3.10. Pr-esforo ................................................................................................... 46

3.4. Ensaios laboratoriais ............................................................................................ 46 3.4.1. Modelos de ensaio ....................................................................................... 46

3.4.2. Procedimento na realizao de ensaios ....................................................... 47 4. Procedimento experimental ......................................................................................... 49

4.1. Introduo ............................................................................................................ 49 4.2. Materiais .............................................................................................................. 50

4.2.1. Cimento ....................................................................................................... 50 4.2.2. Ao .............................................................................................................. 51

4.2.3. Relao gua/cimento .................................................................................. 53 4.2.4. Agregados .................................................................................................... 53

II

4.2.5. Determinao da composio do beto ....................................................... 54 4.2.6. Chapas metlicas ......................................................................................... 56

4.2.7. Cofragem ..................................................................................................... 56 4.2.8. Amassaduras, colocao e consistncia ...................................................... 57 4.2.9. Condies de cura ....................................................................................... 58 4.2.10. Resistncia compresso ............................................................................ 59

4.3. Descrio dos ensaios .......................................................................................... 59

4.4. Instrumentao .............................................................................................