DIMENSIONAMENTO DE ZONAS DE ANCORAGEM DE de Zonas de Ancoragem de Cabos de Pr-esforo Aos meus Pais, Valentim Pires e Graa Amaral, e irm, Catarina Pires Conhecimento Poder

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    ESFORO

    MIGUEL JOO AMARAL PIRES

    Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

    MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM ESTRUTURAS

    Orientador: Professor Catedrtico Joaquim de Azevedo Figueiras

    JULHO DE 2010

  • MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2009/2010

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

    Tel. +351-22-508 1901

    Fax +351-22-508 1446

    miec@fe.up.pt

    Editado por

    FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

    Rua Dr. Roberto Frias

    4200-465 PORTO

    Portugal

    Tel. +351-22-508 1400

    Fax +351-22-508 1440

    feup@fe.up.pt

    http://www.fe.up.pt

    Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2009/2010 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.

    As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

    Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo Autor.

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    Aos meus Pais, Valentim Pires e Graa Amaral, e irm, Catarina Pires

    Conhecimento Poder

    Francis Bacon

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    i

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo a todas as pessoas que directa ou indirectamente tornaram possvel a realizao deste trabalho, nomeadamente:

    ao meu orientador, Professor Catedrtico Joaquim Figueiras, pela sua permanente disponibilidade e estmulo cientfico que me transmitiu as suas curiosidades e conhecimentos;

    aos meus pais por todo o apoio durante toda esta longa e difcil jornada de vida acadmica e, acima de tudo, por seu amor e dedicao durante toda a minha vida;

    aos meus amigos, Ana Lara e Pedro Gil, por estarem ao meu lado nos cinco anos que dediquei ao Mestrado Integrado em Engenharia Civil, pela sua amizade, companheirismo, pacincia e dedicao. Ao Nuno Ferreira agradeo a sua ajuda na utilizao dos programas computacionais;

    aos professores que tiveram um papel importante no meu caminho de aprendizado por me transmitirem parte do seu extraordinrio conhecimento;

    Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto pelas excelentes condies que apresentam a toda a comunidade acadmica.

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    iii

    RESUMO

    Este trabalho aborda o efeito do confinamento desenvolvido em zonas de ancoragem de cabos de pr-esforo reforadas com armadura transversal. Atravs da introduo de armadura em forma de hlice ou espiral, junto da superfcie carregada com o pr-esforo e centrada com esta, possvel mobilizar o efeito de confinamento no beto, restringindo a expanso lateral. Com o confinamento, ou cintagem, o beto exibe ganhos bastante significativos na resistncia compresso e na ductilidade.

    A interaco da armadura em hlice com o beto armado nas proximidades da zona de ancoragem suscita muitas incertezas e interrogaes. O beto compreendido no interior da armadura em hlice, devido ao confinamento desta, apresenta maior resistncia compresso e ductilidade, do que o beto exterior armadura em hlice, sem ganhos significativos na resistncia compresso nem na ductilidade. A conjugao entre estes dois tipos de beto nos clculos de dimensionamento de zonas ancoragem extremamente complicado, e, com a finalidade de compreender este problema, efectua-se uma anlise experimental com ensaios de carregamentos concentrados de compresso em modelos escala reduzida, para simular a aplicao do pr-esforo nas zonas de ancoragem. Constroem-se seis modelos, divididos em trs tipos de casos diferentes, variando as condies de carregamento concentrado, placa de carregamento quadrada ou circular, e variando a disposio da armadura, com ou sem armadura em hlice.

    Completa-se todo o conhecimento adquirido realizando um exemplo prtico sobre o dimensionamento de uma zona de ancoragem de cabos de pr-esforo.

    PALAVRAS -CHAVE: zonas de ancoragem, pr-esforo, confinamento, armadura em hlice, resistncia compresso.

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    ABSTRACT

    This paper deals with the effect of confinement developed in pre-stressing tendon anchorage zones with transverse reinforcement. Through introduction of spiral reinforcement, along the surface loaded with pre-stressing and focused with this, it is possible mobilizing the effect of confinement, restricting its lateral expansion. With confinement, the concrete shows substantial gains in compressive strength and ductility.

    The interaction between spiral reinforcement and concrete near the anchorage zones raises many doubts and questions. The concrete included within of spiral reinforcement, due to confinement, has greater compressive strength and ductility than the concrete outside the spiral reinforcement, without significantly better gains in compressive strength or the ductility. The combination of these two types of concrete in the calculations for design of anchorage zones is extremely complicated, and, in order to understand this problem, it was carried out an experimental analysis with concentrated load compression tests of on reduced scale models, to simulate the application of pre-stressing in anchorage zones. Six models were built, divided into three different types, varying the concentrated loading conditions, load plate square or circular, and varying the disposition of reinforcement, with or without spiral reinforcement.

    All knowledge acquired is completed by solving a practical example on the design of pre-stressing tendon anchorage zones.

    KEYWORDS: anchorage zones, pre-stressing, confinement, spiral reinforcement, compressive strength.

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    NDICE GERAL

    AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

    RESUMO .................................................................................................................................................. iii

    ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

    1. INTRODUO .................................................................................................................... 1 1.1. ASPECTOS GERAIS .......................................................................................................................... 1

    1.2. OBJECTIVO DA TESE ........................................................................................................................ 1

    1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO ................................................................................................... 3

    2. ESTADO DA ARTE DA ANLISE E DIMENSIONAMENTO DE ZONAS DE ANCORAGEM .................................................................................. 5 2.1. INTRODUO .................................................................................................................................... 5

    2.2. PARMETROS DE DIMENSIONAMENTO ........................................................................................... 8

    2.2.1. TENSES DE COMPRESSO NA ZONA DE CONTACTO............................................................................ 8

    2.2.2. TENSES DE TRACO DE TRANSVERSAIS (INTERIORES) ..................................................................... 8

    2.2.3. TENSES SUPERFICIAIS DE TRACO ................................................................................................. 9

    2.3. ESPALHAMENTO DE FORAS CONCENTRADAS .............................................................................. 9

    2.4. PROBLEMAS DO CARREGAMENTO CONCENTRADO ..................................................................... 10

    2.5. EFEITO DO CONFINAMENTO NO BETO ........................................................................................ 12

    2.5.1. INTRODUO .................................................................................................................................. 12

    2.5.2. MECANISMO DO CONFINAMENTO ...................................................................................................... 14

    2.5.3. COMPORTAMENTO DO BETO CONFINADO SEGUNDO FIB (1999) ....................................................... 16

    2.6. ANOMALIAS NO CLCULO DA ZONA DE ANCORAGEM ................................................................. 23

    2.7. COMPORTAMENTO DO BETO SOB A ACTUAO DE CARGAS ELEVADAS DE L ONGA DURAO .. ............................................................................................................................................. 24

    3. CONSTRUO DE MODELOS ESCALA REDUZIDA ........ 25 3.1. INTRODUO .................................................................................................................................. 25

    3.2. CASOS DE ENSAIO ......................................................................................................................... 27

    3.2.1. CASO 1 .......................................................................................................................................... 27

    3.2.2. CASO 2 .......................................................