punção em lajes cogumelo – estudo da adição de fibras de AÇO

SANTOS, L. A. (1); GOMES, R. B. (2)

(1) Mestranda, Curso de Mestrado em Engenharia Civil,

Escola de Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás

englucianaalvarenga@hotmail.com

(2) Professor Doutor, Curso de Mestrado em Engenharia Civil,

Escola de Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás

rgomes@eec.ufg.br

Palavras chave: lajes cogumelo; punção; fibras de aço; concreto com fibras.

1. INTRODUÇÃO

Um dos principais problemas que pode ocorrer em lajes-cogumelo é o colapso por puncionamento na região da ligação laje-pilar. Na punção, onde as tensões cisalhantes estão concentradas na região ao redor do pilar, a laje pode romper antes da armadura de flexão entrar em escoamento. Este tipo de colapso deve ser evitado, por ocorrer de forma frágil e sem qualquer aviso prévio. As fibras de aço, quando adicionadas ao concreto, podem melhorar o desempenho do elemento estrutural e proporcionar um aumento na capacidade resistente e na ductilidade.

OBJETIVOS

O objetivo principal deste estudo é avaliar a contribuição das fibras de aço em lajes cogumelo quando submetidas à punção para diferentes resistências à compressão do concreto. Através de ensaios em elementos estruturais simulando a região entorno do pilar, pretende-se: a) obter dados experimentais que avaliem o desempenho do concreto quando se adicionam fibras de aço; b) efetuar uma comparação e estabelecer relações entre resultados obtidos de lajes com fibras e lajes de mesmas características sem adição de fibras; c) estabelecer, na medida do possível, um volume adequado de fibras de aço usado em lajes de concreto armado submetidas à punção.

METODOLOGIA

A metodologia consiste em ensaios experimentais de nove lajes quadradas de dimensões 1800x1800x130mm de concreto armado submetidas a um carregamento central de baixo para cima simulando um pilar quadrado de 150x150mm. O método de ensaio adotado nas lajes procura representar as linhas de inflexão de momentos fletores nulos delimitada pela circunferência de raio r @ 0,2l, onde l é o vão dos painéis quadrados adjacentes ao pilar. A Figura 1 mostra a vista superior e lateral do esquema de ensaio adotado.

As principais variáveis são a resistência à compressão do concreto, f_c, (20, 35 e 50MPa) e o volume de fibras de aço (V_f) adicionadas ao concreto (0.0, 0.6, 1.2%). A Tabela 1 apresenta as principais características dos modelos. Os demais parâmetros de ensaio são mantidos constantes dentro do possível. Tais porcentagens de fibras foram adotadas para que os resultados obtidos pudessem ser comparados com resultados encontrados na literatura. As primeiras lajes de cada série (L1, L4 e L7) foram tomadas como referência.

Para que a ruptura dos modelos ensaiados ocorra por punção antes da ruptura por flexão, foi utilizada uma taxa de armadura de flexão superior às normalmente usadas (r =1,38%). Em todas as lajes foram adotadas duas malhas, uma superior e outra inferior, sendo compostas por diâmetros de 12,5 e 6,3mm, respectivamente. A malha superior, tracionada, é constituída por 19 barras espaçadas a cada 94mm em cada direção e a malha inferior, comprimida, formada por 11 barras espaçadas a cada 163mm em cada direção. Para garantir uma ancoragem adequada são acrescentadas 19 barras de 6,3mm em forma de U nas extremidades da malha superior.

Tabela 1 – Características das lajes.

	Série 1			Série 2			Série 3
f_c	20MPa			35MPa			50MPa
Laje	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8	L9
V_f (%)	0.0	0.6	1.2	0.0	0.6	1.2	0.0	0.6	1.2

Figura 1 - Esquema de ensaio - Vista superior e corte (mm).

As fibras de aço utilizadas são do tipo DRAMIX RC 80/60 BN da Bekaert, com ganchos em suas extremidades, comprimento nominal de 60mm, fator de forma (diâmetro nominal/comprimento) igual a 80.

Durante a realização dos ensaios são observados os deslocamentos verticais, as deformações na armadura de flexão, as cargas e o modo de ruptura e a formação das fissuras em todos os modelos.

4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

Até o presente momento, foram ensaiadas duas séries de lajes (1 e 2). Os resultados são apresentados na Tabela 2. A altura útil, d, em todas as lajes foi de aproximadamente 90mm. Embora tenha sido utilizado o mesmo concreto para todas as lajes da série 1 (20MPa), observou-se que a resistência à compressão do concreto com fibras de aço apresentou uma redução de cerca de 48% para a laje L2 e 32% para L3. Este fato pode ter ocorrido devido a um grande número de vazios no concreto formados pela adição de fibras.

Tabela 2 – Carga de ruptura das lajes (V_u).

Série	Laje	d (±2mm)	*f_c* (MPa)	*V_u* (kN)	Tipo de ruptura
1	L1	89	17,6	232	Punção
	L2	89	10,2	226	Punção
	L3	90	11,8	163	Punção
2	L4	90	35,8	347	Punção
	L5	90	32,7	420	Punção
	L6	90	36,7	543	Punção

Comparando as lajes L1 e L2, observa-se que mesmo com a redução na resistência à compressão do concreto, as fibras proprocionaram um aumento na capacidade resistente à punção. A laje L2, apesar da baixa resistência à compressão, desenvolveu fissuras consideráveis quando comparadas com laje de referência. Na laje L3 (1,2%), a atuação das fibras não foi efetiva, desenvolvendo uma ruptura forma mais brusca que a laje sem fibras. Para esta laje, a presença das fibras não foi fator determinante na carga e no modo de ruptura.

Nas lajes da série 2, as fibras de aço proporcionaram um acréscimo na carga última de aproximadamente 20% e 56% para lajes L5 e L6 em relação à laje de referência. Os modelos com presença de fibras da Série 2 (L5 e L6) apresentaram ruptura por punção com aparecimento de extensas fissuras, proporcionando ruínas dúcteis, com formação do cone de ruptura.

5. CONCLUSÃO

A partir dos resultados obtidos, constata-se que as fibras de aço promovem um aumento na capacidade resistente da ligação laje-pilar desde que tenha certos cuidados na confecção e moldagem da peças de concreto com fibras e que o volume empregado não seja excessivo. De acordo com dados encontrados na literatura, um volume ideal de fibras é entorno de 1%, dependendo das características das fibras. Para se obter dados consistentes, serão realizados novos ensaios para esta série. O programa experimental será concluído com a realização dos ensaios da série 3.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BENTUR, A.; MINDESS, S. Fibre reinforced cementitious composites. London, Elsevier Applied Science (1990).

HOLANDA, K.M.A. Análise dos mecanismos resistentes e das similaridades de efeitos da adição de fibras de aço na resistência e na ductilidade à punção de lajes-cogumelo e ao cisalhamento de vigas de concreto. 280p. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo (2002).

SWAMY, R.N.; ALI, S.A.R. Punching shear behavior of reinforced slab-column connections made with steel fiber concrete. Journal of the American Concrete Institute, v.79, n.5, p.392-406, September-October (1982).

Agradecimentos: Esta pesquisa está sendo desenvolvida com o apoio da CAPES com a concessão de bolsa de estudo.