GLĂUCIA GLEICE MACIEL SANTOS
âANĂLISE SISTEMĂTICA DE VIGAS-PAREDE BIAPOIADAS DE CONCRETO ARMADOâ
Dissertação apresentada aoDepartamento de EngenhariaCivil da PUC-Rio como partedos requisitos para obtenção
do tĂtulo de Mestre em CiĂȘnciasde Engenharia Civil - Estruturas
Orientadores:Prof. Khosrow GhavamiProf.a Marta de S. L. Velasco
Departamento de Engenharia Civil
PontifĂcia Universidade CatĂłlica do Rio de Janeiro
Rio de Janeiro, 03 de Março de 1999.
A Deus
Aos meus pais
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Khosrow Ghavami pela orientação e sugestÔes dadas;
à Profa. Marta Velasco pela orientação, conselhos e apoio dados;
Ao meu amigo e colega de sala Zenon José Gusmån Nunes del Prado pelas longas conversas, a
boa convivĂȘncia e a ajuda na utilização do Grapher;
Ă Sylvia, pela convivĂȘncia nos Ășltimos meses, conselhos e ajuda na utilização do Mathcad;
Ă Ăngela e Ă Karina, pela amizade consolidada neste Ășltimo ano;
A todos os amigos e colegas que, de alguma maneira, contribuĂram para a realização deste
trabalho.
ABSTRACT
The major codes that contain recommendations and discussions concerning the design
of deep beams, including the ACI Building Code 318-95, the Canadian Code CAN-A23.3-
M84, the CEB-FIP Model Code and the CIRIA Guide 2, present design methods that do not
cover adequately the dimensioning of this type of beams. Nevertheless, some other codes
donât give any special recommendation. The Brazilian Code (NBR 6118), for instance, just
explains that this type of beams should be calculated as a plate in elastic range. Another
example is the current British Code BS 8110, which explicitly states that âfor design of deep
beams, reference should be made to specialist literatureâ.
Because of reasons as those mentioned above, obtaining a rational method not only
based on a clear mechanism of failure but taking into account the main parameters that have
influence on the ultimate strength of deep beams, has been the purpose of several researchers
in the whole world in the last two decades.
In this work, some methods for the design of simply supported reinforced concrete
deep beams are presented, examined and commented upon. These methods are applied to a
total of 37 beams tested in the Laboratory of Structures and Materials (L.E.M) of PUC-Rio,
since 1979, and to some beams reported in the literature, in order to yield a method which can
predict results of ultimate load closer to those ones obtained experimentally. The future aim is
to achieve recommendations that could be proposed to the Brazilian Code.
The tests of the 37 beams just referred are included in theoretical-experimental
research done by GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos (1982) and Velasco (1984), which took place
in PUC-Rio, orientated by Professor Khosrow Ghavami. Several concluding remarks were
obtained in each Master Thesis, apart from one another, but there wasnât any work that
compared these results. The present work is also intended to provide some comparative
information regarding the 37 deep beams mentioned above, with the support given by the
current literature.
RESUMO
As principais recomendaçÔes para o dimensionamento de vigas-parede, como o ACI
318-95, o CEB-FIP, a Norma Canadense CAN-A23.3-M84 e o Guia 2 da CIRIA, apresentam
métodos de cålculo que não cobrem satisfatoriamente o projeto de tais vigas. Outras normas,
ainda, não trazem nenhuma indicação especial de dimensionamento. A própria Norma
Brasileira, a NBR 6118, por exemplo, declara apenas que vigas desse tipo devem ser
calculadas como chapas no regime elĂĄstico. O CĂłdigo BritĂąnico corrente BS 8110
explicitamente comenta que âpara o projeto de vigas-parede, referĂȘncia deve ser feita Ă
literatura especializadaâ.
Por razÔes como as citadas acima, a obtenção de um método racional, baseado em um
claro mecanismo de ruptura e que leve em conta os principais parĂąmetros que influenciam a
resistĂȘncia Ășltima das vigas-parede tem sido o objetivo de vĂĄrios pesquisadores de todo o
mundo nas duas Ășltimas dĂ©cadas.
Neste trabalho são apresentados, comentados e analisados vårios métodos de
dimensionamento de vigas-parede biapoiadas de concreto armado. Os métodos de cålculo são
aplicados ao total de trinta e sete vigas ensaiadas no LaboratĂłrio de Estruturas e Materiais
(L.E.M) da PUC-Rio, desde 1979, e a algumas vigas descritas na literatura, visando a
obtenção de um mĂ©todo que gere resultados de carga Ășltima os mais prĂłximos possĂveis dos
obtidos experimentalmente, e tendo como objetivo futuro a obtenção de recomendaçÔes que
possam ser propostas para a Norma Brasileira.
Os ensaios das trinta e sete vigas, no total, referenciadas acima, fazem parte de
pesquisas teĂłrico-experimentais realizadas na PUC-Rio por GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos
(1982) e Velasco (1984), sob a orientação do Prof. K. Ghavami. Vårias conclusÔes foram
obtidas em cada uma dessas dissertaçÔes de mestrado, separadamente, mas nenhum estudo
havia sido feito no sentido de comparar os resultados encontrados. O presente trabalho
também tem como objetivo obter informaçÔes comparativas relacionadas às 37 vigas citadas,
com o respaldo da literatura atualizada.
III
SUMĂRIO
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... VIII
LISTA DE TABELAS ...................................................................................................... XII
LISTA DE SĂMBOLOS .................................................................................................. XIV
TABELA DE CONVERSĂO DE UNIDADES ................................................................ XXI
CAPĂTULO I - INTRODUĂĂO ....................................................................................... 01
1.1 - ConsideraçÔes gerais ....................................................................................... 01
1.2 - Objetivos e relevĂąncia da pesquisa ................................................................... 03
CAPĂTULO II - REVISĂO BIBLIOGRĂFICA .............................................................. 05
2.1 - Introdução ....................................................................................................... 05
2.2 - ConsideraçÔes gerais ....................................................................................... 06
2.3 - ConsideraçÔes sobre a relação "/h .................................................................... 09
2.4 - Mecanismos de ruptura .................................................................................... 10
2.5 - ResistĂȘncia Ă flexĂŁo ......................................................................................... 17
2.6 - ResistĂȘncia ao cisalhamento ............................................................................. 18
IV
2.6.1 - ParĂąmetros considerados ................................................................... 20
2.6.1.1 - a/h x Ï max cf ' ..................................................................... 20
2.6.1.2 - wl x Ï max cf ' ...................................................................... 20
2.6.1.3 - wt x Ï max cf ' ...................................................................... 21
2.7 - InfluĂȘncia da armadura de alma ........................................................................ 22
2.8 - InfluĂȘncia da espessura de alma ........................................................................ 24
2.9 - InfluĂȘncia da rigidez dos apoios ....................................................................... 28
2.10 - InfluĂȘncia da posição do carregamento ........................................................... 31
2.11 - InfluĂȘncia de abertura na alma ........................................................................ 36
2.12 - Modelos de bielas e tirantes ........................................................................... 39
2.13 - MĂ©todos de dimensionamento de vigas-parede ............................................... 46
2.13.1 - MĂ©todo apresentado no Boletim no 150 do CEB .............................. 47
2.13.2 - Método da Analogia da Treliça ........................................................ 48
2.13.3 - FĂłrmula de Kong ............................................................................ 48
2.13.4 - MĂ©todo apresentado no Guia 2 da CIRIA ........................................ 48
2.13.5 - RecomendaçÔes do CEB-FIP (1978) .............................................. 51
2.13.6 - MĂ©todo apresentado pelo CĂłdigo Canadense CAN3-A23.3-M84 .... 52
2.13.6.1 - Proposta e idéia ................................................................ 52
2.13.6.2 - CondiçÔes apresentadas pelo código ................................ 52
2.13.7 - RecomendaçÔes do ACI 318-95 ...................................................... 55
2.13.8 - Método do Caminho da Força Compressiva .................................... 57
2.13.8.1 - Proposta e idéia ................................................................ 57
2.13.8.2 - Modelagem da viga-parede ............................................... 58
V
2.13.8.3 - MĂ©todo de projeto ............................................................ 59
2.13.9 - MĂ©todo de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas segundo Subedi ... 60
2.13.9.1 - Proposta e idéia ............................................................... 60
2.13.9.2 - Descrição .......................................................................... 61
2.13.10 - Método do Modelo de Treliça com Amolecimento ....................... 65
2.13.10.1 - Proposta e idéia .............................................................. 65
2.13.10.2 - FĂłrmula para cĂĄlculo da resistĂȘncia ao cisalhamento ....... 67
2.13.11 - MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado .......................... 68
2.13.11.1 - Proposta e idéia ............................................................... 68
2.13.11.2 - Descrição ........................................................................ 69
CAPĂTULO III - APRESENTAĂĂO DAS 37 VIGAS-PAREDE CONSIDERADAS .... 71
3.1 - Notação das vigas ............................................................................................ 72
3.2 - Propriedades dos materiais, geometria e armadura ........................................... 75
3.2.1 - Vigas ensaiadas por GuimarĂŁes, G. B. (1980) .................................... 75
3.2.2 - Vigas ensaiadas por Vasconcelos, J. R. G. (1982) .............................. 75
3.2.3 - Vigas ensaiadas por Velasco, M. S. L. (1984) .................................... 76
3.3 - InformaçÔes comparativas .............................................................................. 80
CAPĂTULO IV - RESULTADOS ..................................................................................... 85
VI
4.1 - Guia 2 da CIRIA ............................................................................................. 85
4.2 - CEB-FIP (1978) .............................................................................................. 85
4.3 - CAN3-A23.3-M84 .......................................................................................... 86
4.4 - ACI 318-95 ..................................................................................................... 87
4.5 - Método do Caminho da Força Compressiva ..................................................... 88
4.6 - MĂ©todo de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas segundo Subedi .................. 89
4.7 - Método do Modelo de Treliça com Amolecimento ........................................... 90
4.8 - MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado .......................................... 93
CAPĂTULO V - COMENTĂRIOS E ANĂLISE DOS RESULTADOS .......................... 96
5.1 - Guia 2 da CIRIA ............................................................................................. 96
5.2 - CEB-FIP (1978) .............................................................................................. 99
5.3 - CAN3-A23.3-M84 ........................................................................................ 102
5.4 - ACI 318-95 ................................................................................................... 104
5.5 - Método do Caminho da Força Compressiva ................................................... 106
5.6 - MĂ©todo de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas segundo Subedi ................. 109
5.7 - Método do Modelo de Treliça com Amolecimento ......................................... 111
5.8 - MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado .......................................... 115
CAPĂTULO VI - ANĂLISE DE VIGAS APRESENTADAS NA LITERATURA ........ 120
6.1 - Propriedades dos materiais, geometria e armadura das vigas .......................... 121
VII
6.1.1 - Vigas ensaiadas por Kong et al. ....................................................... 121
6.1.2 - Vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis ............................................. 122
6.1.3 - Vigas testadas por de Paiva e Siess .................................................. 122
6.2 - Resultados de carga Ășltima, comparação e comentĂĄrios .................................. 126
6.2.1 - CĂłdigo Canadense CAN3-A23.3-M84 ............................................ 126
6.2.2 - MĂ©todo de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas segundo Subedi ... 130
6.2.3 - Método do Modelo de Treliça com Amolecimento .......................... 133
6.2.4 - MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado ............................ 135
CAPĂTULO VII - CONSIDERAĂĂES FINAIS E SUGESTĂES ................................ 139
7.1 - ConclusÔes .................................................................................................... 139
7.2 - SugestÔes ...................................................................................................... 141
REFERĂNCIAS BIBLIOGRĂFICAS ........................................................................... 143
VIII
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Distribuição de tensĂŁo em vigas de tramo Ășnico ............................................ 08
Figura 2.2 Ilustração da ruptura por flexão .................................................................... 12
Figura 2.3 Mecanismo de ruptura e deformação aproximada de uma viga-parede
biengastada rompendo por cisalhamento ...................................................... 13
Figura 2.4 Ilustração da ruptura por fendilhamento ou tração diagonal para uma viga-
parede biapoiada ........................................................................................... 14
Figura 2.5 Ilustração da ruptura por compressão diagonal para uma viga-parede biapoiada
..................................................................................................................... 14
Figura 2.6 Mecanismo de ruptura de flexĂŁo-cisalhamento para uma viga-parede biapoiada
..................................................................................................................... 15
Figura 2.7 Mecanismo de ruptura e deformação aproximada de uma viga-parede
biengastada rompendo por flexĂŁo-cisalhamento ........................................... 16
Figura 2.8 Viga-parede biapoiada sob mecanismo de ruptura local ................................. 17
Figura 2.9 Modo de ruptura local para uma viga-parede biengastada ............................. 17
Figura 2.10 Efeito da relação a/h na resistĂȘncia ao cisalhamento ...................................... 20
Figura 2.11 Efeito da taxa mecĂąnica de armadura longitudinal na resistĂȘncia ao cisalhamento
..................................................................................................................... 21
Figura 2.12 Efeito da taxa mecĂąnica de armadura transversal na resistĂȘncia ao cisalhamento
..................................................................................................................... 22
Figura 2.13 SeqĂŒĂȘncia tĂpica na qual as fissuras aparecem em vigas-parede esbeltas
IX
carregadas no bordo superior ....................................................................... 26
Figura 2.14 Representação da fissura diagonal crĂtica: linha pontilhada para vigas-parede
espessas; linhas cheia e tracejada de corte para vigas-parede esbeltas ............ 27
Figura 2.15 Seção transversal da viga, com a definição das excentricidades e1 e e2 ........ 27
Figura 2.16 Viga-parede rompendo por flambagem (viga C-29-0.1; Kong et al.,1986) ..... 27
Figura 2.17 Exemplos de vigas-parede com extremidades engastadas (Subedi, 1994) ...... 29
Figura 2.18 Detalhes das vigas testadas por SchĂŒtt (Cusens, 1990) .................................. 29
Figura 2.19 IsostĂĄticas e distribuição das tensĂ”es Ï y , Ï x e Ï xy em vigas-parede com
" /h = 1.0, com e sem enrijecimento dos apoios (Leonhardt e Mönning, 1979)
..................................................................................................................... 30
Figura 2.20 DimensÔes e detalhes de armadura das vigas-parede de pequena espessura
testadas por Besser (1983) e Cusens e Besser (1985) ................................... 32
Figura 2.21 Efeito da armadura vertical sobre o espaçamento médio das fissuras sob
carregamento na base (L2 ) ........................................................................... 33
Figura 2.22 Desenvolvimento da abertura de fissura para vigas carregadas no topo (L1) ..34
Figura 2.23 Desenvolvimento da abertura de fissura para vigas carregadas na base (L2 ).. 35
Figura 2.24 Desenvolvimento de abertura de fissura para vigas carregadas igualmente no
topo e na base (L3 ) ...................................................................................... 35
Figura 2.25 Trajetória de tensÔes para uma viga-parede com abertura de alma
(modeloM 4 (Haque et al., 1986)) ................................................................. 37
Figura 2.26 Modelos de fissuração na ruptura ................................................................. 38
X
Figura 2.27 Exemplo de aplicação do processo do caminho de carga em uma viga-parede ...
......................................................................................................................42
Figura 2.28 Viga-parede sob carregamento uniformemente distribuĂdo no bordo superior .
..................................................................................................................... 43
Figura 2.29 Modelos para vigas-parede sob ação de carregamento uniformemente
distribuĂdo no bordo superior ....................................................................... 44
Figura 2.30 Viga-parede submetida à ação de uma força concentrada .............................. 44
Figura 2.31 Distribuição de tensÔes horizontais no meio do vão, para força concentrada . 45
Figura 2.32 Modelos para vigas-parede com " /h â„ 1.0 .................................................... 45
Figura 2.33 Modelos para vigas-parede com " /h < 1.0 ................................................... 46
Figura 2.34 Definição dos parùmetros da Equação (2.4) .................................................. 50
Figura 2.35 Modelo de bielas e tirantes para uma viga-parede ......................................... 54
Figura 2.36 Modelo para uma viga-parede sob a ação de uma carga concentrada e duas
cargas concentradas e/ou carregamento uniforme ......................................... 58
Figura 2.37 Procedimento para dimensionamento de uma viga-parede ............................ 60
Figura 2.38 AnĂĄlise de uma viga-parede: equilĂbrio de forças ........................................... 63
Figura 2.39 Definição de sĂmbolos e do elemento de cisalhamento ................................... 66
Figura 2.40 CondiçÔes de tensÔes no elemento de cisalhamento ...................................... 66
Figura 2.41 Modelo convencional de bielas e tirantes para uma viga-parede sob a atuação
de carregamento concentrado no bordo superior .......................................... 70
Figura 2.42 Modelo de bielas e tirantes refinado para uma viga-parede sob a atuação de
duas cargas concentradas no bordo superior ....................................... 70
Figura 3.1 DimensÔes das vigas testadas notaçÔes .................................................. 73
Figura 3.2 Tipos comuns de fissura ............................................................................... 84
XI
Figura 4.1 GrĂĄfico P
PU CEB
U TESTE
( )
( )
78 x PU TESTE( ) ........................................................ 86
Figura 4.2 GrĂĄfico P
PU CAN
U TESTE
( )
( )
84 x PU TESTE( ) ........................................................ 87
Figura 4.3 GrĂĄfico P
PU ACI
U TESTE
( )
( )
95 x PU TESTE( ) ........................................................ 88
Figura 4.4 GrĂĄfico P
PU CFC
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .......................................................... 89
Figura 4.5 GrĂĄfico P
PU AVPB
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) ......................................................... 90
Figura 4.6 GrĂĄfico P
PU MTA
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .......................................................... 92
Figura 4.7 GrĂĄfico P
PU MBTR
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) ........................................................ 93
Figura 6.1 GrĂĄfico P
PU CAN
U TESTE
( )
( )
84 x PU TESTE( ) ...................................................... 127
Figura 6.2 GrĂĄfico P
PU AVPB
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) ....................................................... 131
Figura 6.3 GrĂĄfico P
PU MTA
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) ........................................................ 134
Figura 6.4 GrĂĄfico P
PU MBTR
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) ...................................................... 136
Figura 6.5 GrĂĄfico da razĂŁo PU(TESTE)/PU(MBTR) x a/h ................................................... 138
XII
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 Limites superiores da relação "/h, " 0 /h ou " 0 /d para as vigas-parede segundo
diversas normas ..................................................................................... ...... 02
Tabela 2.1 Efeito da armadura transversal para pequenas razÔes de a/h .......................... 23
Tabela 2.2 Notação, espaçamento e taxa da armadura vertical das vigas ensaiadas ......... 31
Tabela 2.3 Cinco combinaçÔes de carregamento utilizadas ............................................. 31
Tabela 2.4 CritĂ©rio para teste de controle da resistĂȘncia de alma .................................... 63
Tabela 2.5 Critério para teste do modo de ruptura: flexão-cisalhamento ou fendilhamento
diagonal (cisalhamento) ................................................................................ 63
Tabela 2.6 Apresentação das quatro situaçÔes possĂveis de contribuição dos diversos
parĂąmetros na carga Ășltima ........................................................................... 64
Tabela 3.1 SĂ©ries de vigas-parede de concreto armado, biapoiadas, sujeitas a carregamento
no bordo superior, analisadas na PUC-Rio .................................................... 72
Tabela 3.2 DimensÔes das vigas de teste ....................................................................... 77
Tabela 3.3 CaracterĂsticas geomĂ©tricas das armaduras principal e de alma ...................... 78
Tabela 3.4 Carga Ășltima obtida experimentalmente (PU(TESTE)), comparação das cargas de
fissuração e da carga de escoamento com a carga Ășltima, modo de ruptura para
cada viga e caracterĂsticas do concreto utilizado ........................................... 79
Tabela 3.5 CaracterĂsticas do aço ................................................................................... 80
Tabela 4.1 Carga Ășltima determinada experimentalmente (PU(TESTE)) para cada viga e a sua
comparação com a carga Ășltima obtida por vĂĄrios mĂ©todos ........................... 94
XIII
Tabela 4.2 Valores de c'CAN84, c
'CFC e c" CFC e a comparação entre eles, modo de ruptura
previsto pelo método de Anålise para Vigas-parede Biapoiadas (segundo
Subedi), para cada uma das 37 vigas consideradas ........................................ 95
Tabela 6.1 Propriedades das 35 vigas ensaiadas por Kong et al. (1970) ....................... 123
Tabela 6.2 Propriedades das 52 vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis (1982) ...... 124/125
Tabela 6.3 Propriedades das barras da armadura .......................................................... 125
Tabela 6.4 Propriedades das 19 vigas ensaiadas por de Paiva e Siess (1965) ................ 126
Tabela 6.5 Comparação entre os resultados de carga Ășltima obtidos pelos diversos
métodos e os obtidos experimentalmente para as vigas ensaiadas por
Kong et al. (1970), Smith e Vantsiotis (1982) e de Paiva e Siess (1965) ..........
...................................................................................................... 128/129/130
Tabela 6.6 MĂ©dia e desvio padrĂŁo de RAVPB obtidos para as 87 vigas apresentadas na
Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo........................................... 131
Tabela 6.7 MĂ©dia e desvio padrĂŁo de RMTA obtidos para as 63 vigas presentes na Tabela 6.5
que possuem valores para o mesmo ............................................................ 134
Tabela 6.8 MĂ©dia e desvio padrĂŁo de RMBTR obtidos para as vigas apresentadas na
Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo ........................................... 135
XIV
LISTA DE SĂMBOLOS
CapĂtulo I
" vĂŁo teĂłrico da viga (centro a centro dos apoios)
" 0 vĂŁo livre da viga (face interna a face interna dos apoios)
h altura total da viga
d altura Ăștil da viga
CapĂtulo II
Ïx tensĂŁo normal horizontal
Ïy tensĂŁo normal vertical
Ïxy tensĂŁo de cisalhamento
Ï1 tensĂŁo principal de tração
Ï2 tensĂŁo principal de compressĂŁo
Rst força resultante das tensÔes de tração (Fig. 2.1)
Rcc força resultante das tensÔes de compressão (Fig. 2.1)
Rst1 força de tração no modelo de bielas e tirantes (Fig. 2.27)
Rcc3 força de compressão no modelo de bielas e tirantes (Fig. 2.27)
Rc1 força na biela horizontal no modelo de bielas e tirantes (Fig. 2.29)
Rc2 força na biela inclinada no modelo de bielas e tirantes (Fig. 2.29)
XV
Rst força no tirante no modelo de bielas e tirantes (Fig. 2.29)
LN linha neutra
z braço de alavanca interno da viga (distùncia entre as forças resultantes
das tensÔes de tração e de compressão)
z2 braço de alavanca (Fig. 2.33)
z1 braço de alavanca (Fig. 2.33)
he altura efetiva da viga
b espessura da viga
a vão de cisalhamento (distùncia de centro a centro da placa de aplicação
da carga ao apoio mais prĂłximo)
a ' vĂŁo de cisalhamento medido do centro da placa de carregamento ao bordo do
apoio mais prĂłximo
e excentricidade efetiva da carga aplicada
e1 excentricidade da reação de apoio (Fig. 2.15)
e2 excentricidade da carga aplicada no bordo superior (Fig. 2.15)
q carga acidental uniformemente distribuĂda
g carga permanente uniformemente distribuĂda
f c' resistĂȘncia cilĂndrica Ă compressĂŁo do concreto
f sy tensão de escoamento da armadura principal de tração
fly tensão de escoamento do aço longitudinal
fty tensão de escoamento do aço transversal
Ï mĂĄx tensĂŁo de cisalhamento mĂĄxima (resistĂȘncia ao cisalhamento) da viga
Ï max cf ' tensĂŁo de cisalhamento normalizada
XVI
wl taxa mecĂąnica de armadura longitudinal
wt taxa mecĂąnica de armadura transversal
Ï l taxa geomĂ©trica de armadura longitudinal total
Ï t taxa geomĂ©trica de armadura transversal
Ïs taxa geomĂ©trica da armadura principal de tração
Ï w"taxa geomĂ©trica de armadura de alma longitudinal (horizontal)
P carga aplicada
VU(TESTE) força de cisalhamento Ășltima obtida experimentalmente
PU carga Ășltima total
Vc resistĂȘncia nominal ao cisalhamento fornecida pelo concreto
Vs resistĂȘncia nominal ao cisalhamento fornecida pela armadura de cisalhamento
As årea da armadura principal de tração
Es módulo de elasticidade do aço
Ec mĂłdulo de elasticidade do concreto
" , h, d possuem a mesma definição apresentada no CapĂtulo I desta Lista de SĂmbolos.
Os sĂmbolos presentes no item 2.13 estĂŁo definidos no prĂłprio texto, pois para cada
mĂ©todo de dimensionamento de vigas-parede hĂĄ uma definição especĂfica de sĂmbolos.
CapĂtulo III
XVII
a vão de cisalhamento (distùncia de centro a centro da placa de aplicação
da carga ao apoio mais prĂłximo)
x vĂŁo livre de cisalhamento
"t vĂŁo total da viga
"0 vĂŁo livre da viga (face interna a face interna dos apoios)
" vĂŁo teĂłrico da viga (centro a centro dos apoios)
c dimensão do apoio na direção longitudinal da viga
ba dimensão do apoio na direção transversal à viga
b espessura da viga
d altura Ăștil da viga
h altura total da viga
Ï diĂąmetro das barras
As årea da armadura principal de tração
Awh ĂĄrea da armadura de alma horizontal
Awv ĂĄrea da armadura de alma vertical
ÏsA
bds , taxa geométrica da armadura principal de tração
Ï hA
bdwh
ÏvA
bwv
"0
f y tensão de escoamento do aço
f su limite de resistĂȘncia do aço
f c' resistĂȘncia cilĂndrica Ă compressĂŁo do concreto
XVIII
f t resistĂȘncia cilĂndrica Ă tração por fendilhamento do concreto
Δ y deformação correspondente ao limite de escoamento do aço
Es módulo de elasticidade do aço
PU carga Ășltima total
P carga total aplicada
PU(TESTE) carga Ășltima experimental total
Pf 1 carga correspondente ao aparecimento da primeira fissura de flexĂŁo
(tipo â - Fig. 3.2)
Pf 2 carga correspondente ao aparecimento das primeiras fissuras de cisalhamento
(tipo ⥠- Fig. 3.2)
Pf 3 carga correspondente ao aparecimento das segundas fissuras de cisalhamento
(tipo âą - Fig. 3.2)
Py carga de escoamento do aço
2 C.C. duas cargas concentradas
C.U.D. carregamento uniformemente distribuĂdo
F flexĂŁo
C cisalhamento
FC flexĂŁo-cisalhamento
L (A) ruptura local no apoio
L (C) ruptura local sob os pontos de aplicação de carga
CapĂtulo IV
XIX
VU força de cisalhamento Ășltima (PU/2)
câCFC largura da biela inclinada determinada pelo MĂ©todo do Caminho da Força
Compressiva
câ CFC largura da biela inclinada que satisfaz o equilĂbrio citado no item c da Fig. 2.37
câCAN84 largura mĂ©dia da biela inclinada determinada pela CAN-A23.3-M84
Ast ĂĄrea da armadura longitudinal total
Os parùmetros h, b, x, f c' e f t , além de F, C, PU , PU(TESTE) encontram-se definidos
no CapĂtulo III desta Lista de SĂmbolos.
CapĂtulo V
PU(TESTE) carga Ășltima experimental total
PU(PREVISTA) carga Ășltima prevista, similar Ă Pp
R PU(PREVISTA) / PU(TESTE) ou Pp/ PU
” média aritmética
Ï desvio padrĂŁo
Os demais sĂmbolos estĂŁo definidos, para cada mĂ©todo considerado, no item 2.13.
CapĂtulo VI
Asâ ĂĄrea da armadura principal de compressĂŁo
XX
Ïsâ A
bds'
, taxa geométrica da armadura principal de compressão
Ïw taxa geomĂ©trica da armadura de alma (horizontal ou vertical)
f sy tensão de escoamento da armadura principal de tração
f sy' tensĂŁo de escoamento da armadura principal de compressĂŁo
f wy tensĂŁo de escoamento da armadura de alma
Os parĂąmetros ", "0, "t, h, b, d, a, x, As, Ïs, Ïh, Ïv, f y , f c' , f t , alĂ©m de PU(TESTE)
encontram-se definidos no CapĂtulo III desta Lista de SĂmbolos.
XXI
TABELA DE CONVERSĂO DE UNIDADES
in mm in2 cm2 lb N lb/in2 N/mm2
1 polegada
1 milĂmetro
1 polegada quadrada
1 centĂmetro quadrado
1 libra
1 NEWTON
1 libra por pol2
1 NEWTON por mm2
1
3.937 x 10-2
-
-
-
-
-
-
25.4
1
-
-
-
-
-
-
-
-
1
0.155
-
-
-
-
-
-
6.452
1
-
-
-
-
-
-
-
-
1
0.2248
-
-
-
-
-
-
4.448
1
-
-
-
-
-
-
-
-
1
1.450 x 102
-
-
-
-
-
-
6.895 x 10-3
1
CAPĂTULO I
1. INTRODUĂĂO
1.1 - CONSIDERAĂĂES GERAIS
Vigas-parede sĂŁo estruturas laminares planas verticais apoiadas de modo descontĂnuo,
solicitadas por carregamento atuante em seu prĂłprio plano, para as quais nĂŁo Ă© vĂĄlida a
hipĂłtese fundamental da teoria de flexĂŁo de Navier-Bernouilli, em virtude de apresentarem
relaçÔes geométricas inferiores a certos limites måximos estabelecidos para "/h (vão
teĂłrico/altura total da viga), " 0 /h (vĂŁo livre/altura total da viga) ou, ainda, para " 0 /d (vĂŁo
livre/altura Ăștil da viga).
As vigas-parede de concreto armado constituem-se num assunto de considerĂĄvel
interesse na pråtica da engenharia estrutural, podendo ser citadas as suas aplicaçÔes em
fachadas de edifĂcios, em estruturas offshore, em reservatĂłrios como caixas dâĂĄgua e silos, e
suas utilizaçÔes como blocos de coroamento de estacas, em tetos de transição (suportando
carga de pilares), como elementos de contenção em subsolos e, ainda, em estruturas de
centrais nucleares. Dadas as suas funçÔes, a demanda por um critério de dimensionamento
dessas vigas tem sido gerada, tendo em vista que um real entendimento do seu
comportamento é um pré-requisito essencial para a otimização de projeto.
A classificação de uma viga como uma viga-parede varia de acordo com a norma
estrutural utilizada. Na Tabela 1.1 a seguir sĂŁo apresentados alguns limites.
2
NORMAS Simplesmente Apoiada ContĂnuaACI 318-95 (1995)
FLEXĂO
CISALHAMENTO" 0 /h †1.25
" 0 /d †5.0
" 0 /h †2.5
" 0 /d †5.0
CEB-FIP (1978) "/h †2.0 "/h †2.5GUIA N° 2 DA CIRIA (1977)
(reimpresso em 1984)"/h < 2.0 "/h < 2.5
NBR 6118 (1978) "/h †2.0 "/h †2.5
Tabela 1.1 - Limites superiores da relação "/h, " 0 /h ou " 0 /d para as
vigas-parede segundo diversas normas.
As principais recomendaçÔes de projeto de vigas-parede resumem-se ao Guia 2 da
CIRIA de 1977, ao CĂłdigo do CEB-FIP de 1978 e de 1990, ao CĂłdigo do ACI 318-95 de
1995 e ao CĂłdigo Canadense CAN-A23.3-M84 de 1984. Contudo, nenhuma delas cobre
satisfatoriamente o projeto de tais vigas. Os métodos apresentados possuem enfoques
diferentes que serĂŁo abordados e analisados no decorrer deste estudo. Pode-se comentar, por
exemplo, que o CEB-FIP (1978) considera mais detalhadamente a resistĂȘncia Ă flexĂŁo,
enquanto o ACI 318-95 (1995) apresenta de forma mais detalhada o cĂĄlculo da resistĂȘncia ao
cisalhamento das vigas. Ambos nĂŁo pretendem avaliar a resistĂȘncia Ășltima das vigas-parede,
e, sim, fazem recomendaçÔes que, se observadas, permitem o dimensionamento de tais vigas,
geralmente, com boa margem de segurança quanto Ă sua resistĂȘncia Ășltima e,
simultaneamente, obedecendo a certos critérios relativos aos estados de utilização,
principalmente ao estado de fissuração.
O critĂ©rio de projeto do ACI 318-95 (1995) para resistĂȘncia ao cisalhamento de vigas-
parede consiste de um conjunto de regras empĂricas baseadas numa grande quantidade de
dados provenientes de testes. A contribuição dos vårios fatores que influenciam esta
resistĂȘncia nĂŁo Ă© explicitamente desenvolvida a partir de um claro mecanismo de ruptura.
O CĂłdigo Canadense CAN3-A23.3-M84 (1984), assim como o CĂłdigo Modelo
CEB-FIP (1990), recomenda a utilização do modelo de bielas e tirantes para descrever o
mecanismo de ruptura de uma viga-parede. Ambos sugerem valores para os parĂąmetros de
resistĂȘncia das bielas e regiĂ”es nodais.
3
O CĂłdigo BritĂąnico corrente BS 8110 (1985) explicitamente declara que âpara o
projeto de vigas-parede, referĂȘncia deve ser feita Ă literatura especializadaâ.
O Guia 2 da CIRIA (1977) Ă© o Ășnico que dĂĄ recomendaçÔes para resistĂȘncia Ă
flambagem de vigas-parede esbeltas, podendo ser considerado o mais completo dentre os
métodos citados (Tan et al., 1997; Subedi et al., 1986).
A própria Norma Brasileira, a NBR 6118 (1978), não traz nenhuma indicação especial
sobre o dimensionamento de tais vigas, permitindo apenas que elas sejam calculadas como
chapas no regime elĂĄstico.
Como jå pÎde ser percebido, as principais recomendaçÔes de projeto de vigas-parede
deixam a desejar em vĂĄrios aspectos.
1.2 - OBJETIVOS E RELEVĂNCIA DA PESQUISA
A obtenção de um método racional, baseado em um claro mecanismo de ruptura e que
leve em conta os principais parĂąmetros que influenciam a resistĂȘncia Ășltima de vigas-parede
tem sido o objetivo de vĂĄrios pesquisadores nas Ășltimas duas dĂ©cadas.
A partir de 1979 iniciaram-se, no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio, sob
a orientação do Prof. Khosrow Ghavami, vårias pesquisas teórico-experimentais sobre o
estudo de vigas-parede de concreto armado, resultando nas dissertaçÔes de mestrado de
GuimarĂŁes, G. B. (1980), Vasconcelos, J. R. G. (1982), Velasco, M. S. L. (1984) e
servindo de base para o estudo paramétrico de Melo, G. S. S. A. (1984).
Vårias conclusÔes foram obtidas em cada dissertação, separadamente, mas nenhum
estudo havia sido feito no sentido de comparar os resultados encontrados, visando a obtenção
de informaçÔes comparativas relacionadas às 37 vigas-parede ensaiadas.
4
O presente trabalho possui dois objetivos principais:
a. Obter informaçÔes comparativas, a partir dos resultados obtidos nos ensaios das
vigas-parede biapoiadas de concreto armado descritos nas dissertaçÔes de mestrado
elaboradas por GuimarĂŁes, Vasconcelos e Velasco, referenciadas acima, com o respaldo da
literatura atualizada;
b. Pesquisar mĂ©todos mais recentes de cĂĄlculo da resistĂȘncia de vigas-parede, para
confrontar os resultados assim encontrados com aqueles obtidos experimentalmente para as
vigas ensaiadas no LaboratĂłrio de Estruturas e Materiais (L.E.M.) da PUC-Rio e para
algumas vigas apresentadas na literatura, visando encontrar um método que gere resultados os
mais prĂłximos possĂveis dos experimentais.
CAPĂTULO II
2. REVISĂO BIBLIOGRĂFICA
2.1 - INTRODUĂĂO
As primeiras revisÔes da literatura sobre o comportamento de vigas-parede foram
compiladas por Albritton, em 1965, pela Associação de Concreto e Cimento, em 1969, e pela
Pesquisa da IndĂșstria da Construção e Associação de Informação (CIRIA â Construction
Industry Research and Information Association), em 1977, e complementadas por Tang, em
1987, por Wong, em 1987, e por Chemrouk, em 1988 (Kong, F. K. e Chemrouk, M., 1990).
As pesquisas iniciais foram, na sua maioria, baseadas no comportamento elĂĄstico das vigas-
parede. Contudo, uma séria desvantagem dos estudos elåsticos consiste na usual suposição da
utilização de materiais isotrópicos obedecendo a Lei de Hooke e, portanto, estas investigaçÔes
não chegaram à orientação suficiente para projetos pråticos.
Nos anos 60, os testes sistemĂĄticos de carga Ășltima foram utilizados por de Paiva e
Siess (1965) e Leonhardt e Walther (1966). Esses testes constituem-se no principal passo de
pesquisas de tais vigas. A seguir são citados vårios trabalhos desenvolvidos na década de 70 e
na de 80.
A solução de um problema tĂpico de vigas-parede usando os conceitos de plasticidade
foi relatada por Nielsen (1971) e Braestrup e Nielsen (1983). Kong e Robins (1971)
mencionaram que a armadura de alma inclinada era altamente efetiva para tais vigas, o que foi
confirmado por Kong e Singh (1972) e Kong et al. (1972). Foi proposto um método para
comparar quantitativamente os efeitos dos diferentes tipos de armadura de alma (Kong et al.,
1972). Kong e Sharp (1973) pesquisaram a resistĂȘncia e modos de ruptura de vigas-parede
com abertura na alma; a fĂłrmula proposta para prever a carga Ășltima foi subseqĂŒentemente
6
refinada (Kong e Sharp, 1977; Kong et al., 1978) e adotada pelo Livro dos Projetistas de
Concreto Armado (Reynolds e Steedman, 1981 e 1988) (Kong, F. K. e Chemrouk, M.,
1990).
Robins e Kong (1973) utilizaram o MĂ©todo dos Elementos Finitos para prever a carga
Ășltima e os modelos de fissuração de tais vigas. Taner et al. (1977) relataram que este mĂ©todo
gerava bons resultados quando aplicado Ă s vigas-parede com flange.
Trabalhabilidade e ruptura sob cargas repetidas foram estudadas por Kong e Singh
(1974). Garcia (1982) estå entre os primeiros a concluir testes de flambagem numa série de
vigas-parede esbeltas de concreto (Kong, F. K. e Chemrouk, M., 1990).
Os efeitos de carregamento no topo e/ou na base de vigas-parede foram estudados por
Cusens e Besser (1985) e, anteriormente, por alguns outros pesquisadores (CIRIA, 1977).
Rogowsky et al. (1986) realizaram extensivos testes em vigas-parede contĂnuas. Mau
e Hsu (1987) aplicaram a âteoria do modelo de treliça com amolecimentoâ nas vigas
biapoiadas. Kotsovos (1988) realizou estudos visando o esclarecimento das causas
fundamentais da ruptura por cisalhamento desse tipo de vigas.
Ainda podem ser citados os trabalhos de Barry e Ainso (1983), Kubik (1980), Mansur
e Alwis (1984), Regan e Hamadi (1981), Rasheeduzzafar e Al-Tayyib (1986), Roberts e Ho
(1982), Shanmugan (1988), Singh et al. (1980), Smith e Vantsiotis (1982), Subedi (1988) e
Swaddiwwdhipong (1985) (Kong, F. K. e Chemrouk, M., 1990).
2.2 - CONSIDERAĂĂES GERAIS
Na prĂĄtica corrente de projeto, a anĂĄlise para estruturas de concreto armado em flexĂŁo
é geralmente baseada na suposição de que as seçÔes planas permanecem planas após a ação
do carregamento e na de que o material Ă© elĂĄstico e homogĂȘneo. Contudo, a teoria elementar
de flexĂŁo para vigas esbeltas, da ResistĂȘncia dos Materiais, nĂŁo mais se aplica no caso de
vigas-parede pois, sob a atuação de carregamento, as seçÔes não permanecem planas após a
deformação. Mesmo considerando um material homogĂȘneo e perfeitamente elĂĄstico, a
distribuição de tensÔes normais não é linear e a das cisalhantes não é parabólica. Na
7
determinação dos esforços internos, devem ser levadas em conta condiçÔes de equilĂbrio,
contorno, compatibilidade e relaçÔes constitutivas mais complexas.
A transição do comportamento de vigas comuns para o de vigas-parede é gradual,
começando a ser notada a partir de "/h = 2. Quanto menor é a relação "/h, mais as tensÔes se
afastam da distribuição prevista pela anålise de vigas esbeltas e mais a linha neutra se dirige
para baixo. Na Figura 2.1 encontra-se um exemplo da variação da distribuição de tensĂ”es Ï x
(normais à seção transversal), na seção do meio do vão, em vigas-parede simplesmente
apoiadas submetidas a açÔes uniformemente distribuĂdas para vĂĄrias relaçÔes "h . As
resultantes das tensÔes de tração (Rst ) e de compressão (Rcc) são caracterizadas por sua
posição ao longo da altura da viga, sendo z a distùncia entre elas. Na viga com altura h = "/4
(Fig. 2.1.a) a distribuição de tensÔes é linear e as seçÔes permanecem planas após a
deformação. Para a viga com altura h = "/2 (Fig. 2.1.b) as seçÔes jå não permanecem planas
após as deformaçÔes e a linha neutra passa a 0.4h medida a partir da borda inferior. Na viga
com h = " (Fig. 2.1.c), a linha neutra passa a 0.28h. Para vigas-parede com h â„ " (Fig. 2.1.d), o
valor da resultante de tração (Rst ) varia pouco, indicando que somente a parte inferior com
altura he â " colabora na resistĂȘncia, sendo h e a altura efetiva da viga. A parte superior (zona
morta) atua apenas como ação uniformemente distribuĂda, e pode ser dimensionada como um
pilar-parede.
O grande nĂșmero de variĂĄveis que tĂȘm influĂȘncia no comportamento das vigas-parede Ă©
responsĂĄvel em grande parte pelas dificuldades de dimensionamento. Entre essas variĂĄveis,
podem ser citadas:
a. PrĂłpria geometria da viga
âą espessura;
⹠relação"/h;
âą enrijecimento dos apoios.
b. Tipo de apoio
c. ResistĂȘncia do concreto
8
d. Armadura
⹠taxa e distribuição;
âą ancoragem das barras.
e. Tipo de carregamento atuante e seu ponto de aplicação
Figura 2.1 - Distribuição de tensĂŁo em vigas de tramo Ășnico.
9
Embora a relação vĂŁo/altura ("/h) seja o parĂąmetro mais freqĂŒentemente referenciado
como o determinante no comportamento de vigas-parede, a importùncia da relação vão de
cisalhamento/altura, sendo o vĂŁo de cisalhamento a distĂąncia de centro a centro da carga
aplicada ao apoio mais prĂłximo, foi enfatizada hĂĄ muitos anos atrĂĄs (Kong e Singh, 1972);
para flambagem e instabilidade, a relação altura/espessura da viga (h/b) e a relação
excentricidade da carga/espessura (e/b) sĂŁo ambas relevantes (Garcia, 1982; Kong et al., 1986)
(Kong, F. K. e Chemrouk, M., 1990).
Para uma viga-parede, a carga Ășltima Ă© determinada pela transferĂȘncia de forças entre a
carga aplicada e o apoio. ConseqĂŒentemente, a capacidade que pode ser denominada de
flexĂŁo ou de cisalhamento depende do detalhamento do carregamento e do apoio.
Conforme serĂĄ comentado no decorrer da presente pesquisa, trĂȘs processos sĂŁo
correntemente usados para o projeto de membros de transferĂȘncia de cargas como as vigas-
parede:
âą MĂ©todos de projeto empĂricos ou semi-empĂricos;
âą AnĂĄlise bi ou tridimensional, tanto linear quanto nĂŁo linear;
⹠Utilização de treliças compostas de bielas de concreto e tirantes de aço.
VĂĄrios pesquisadores (Siao, 1993 e 1994; Collins e Mitchell, 1986; Teng et al.,
1996; Adebar e Zhou, 1996; Tan et al., 1997) concordam que, nos Ășltimos anos, a teoria do
modelo de bielas e tirantes tem proporcionado um caminho mais promissor no cĂĄlculo da
resistĂȘncia de tais vigas.
No presente trabalho, atenção especial serĂĄ dada aos mĂ©todos que tĂȘm por base esse
modelo, como o proposto pela norma canadense CAN3-A23.3-M84 (1984).
2.3 - CONSIDERAĂĂES SOBRE A RELAĂĂO ""/h
NĂŁo hĂĄ uma relação de "/h mĂnima adotada mundialmente para que uma viga possa ser
considerada uma viga-parede. As fĂłrmulas em cĂłdigos de projeto adotadas por diversos paĂses
10
e institutos acadĂȘmicos sĂŁo desenvolvidas a partir de limites dessa relação, conforme jĂĄ visto
na Tabela 1.1.
A transição do comportamento de uma viga comum para o de uma vigas-parede é
gradual, começando a ser notada a partir de "/h = 2. Segundo Kong (1986), para propósitos
de projeto, esta transição é geralmente considerada ocorrer a uma relação vão/altura em torno
de 2.5. De Paiva e Siess (1965), ao considerar resultados de testes em dezenove vigas-parede
simplesmente apoiadas e, partindo do princĂpio de que deve haver uma gradual transição do
comportamento de uma viga esbelta para o de uma viga-parede onde os conceitos da primeira
ainda podem ser utilizados, estabelecem esse intervalo de transição como sendo entre 2 e 6, ou
seja, 2 †"/h †6, e definem essas vigas como vigas-parede moderadas, ou, ainda, como vigas
moderadamente altas.
Pesquisadores (Kong et al., 1970; Smith e Vantsiotis, 1982; Lin e Raoof, 1995;
Subedi, 1988) do comportamento de vigas-parede geralmente incluem como tais as vigas com
valores de "/d (vão teórico / distùncia do centróide da armadura de tração à fibra comprimida
extrema) em torno de 3.
à importante reconhecer as diferentes definiçÔes quando da utilização das
recomendaçÔes de projeto.
2.4 - MECANISMOS DE RUPTURA
O conhecimento e o entendimento dos mecanismos de ruptura das vigas-parede Ă© de
importùncia fundamental para o desenvolvimento de uma formulação mais apropriada para o
dimensionamento de tais vigas.
A grande maioria das vigas biapoiadas ensaiadas por GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos
(1982) e Velasco (1984) possuĂa um enrijecimento nos apoios, representando a existĂȘncia de
pilares laterais ou de vigas-parede transversais. Desse modo, as cargas suportadas pelas vigas
eram transmitidas aos apoios de uma maneira indireta, ao longo de toda a altura da viga-
parede.
11
Para que se tenha um melhor entendimento dos modos de ruptura dessas vigas, serĂŁo
descritos abaixo e ilustrados tanto os apresentados por vigas biapoiadas quanto os de vigas
biengastadas.
De maneira geral, pode-se ter:
a. Ruptura por FlexĂŁo;
b. Ruptura por Cisalhamento;
c. Ruptura por FlexĂŁo-Cisalhamento;
d. Ruptura por Esmagamento do Concreto sobre o Apoio ou sob Cargas Concentradas
(Ruptura Local).
Melo, na revisão bibliogråfica de sua dissertação (Melo, 1984), salienta uma subdivisão
no modo de ruptura por cisalhamento: a Ruptura por CompressĂŁo Diagonal e a Ruptura por
Fendilhamento ou Tração Diagonal. Subedi (1988), na consideração dos mecanismos de
ruptura bĂĄsicos, nĂŁo faz nenhuma divisĂŁo, relatando como modo de ruptura por cisalhamento
apenas o por Tração Diagonal ou Fendilhamento.
GuimarĂŁes (1980), Velasco (1984) e Subedi (1988) consideram, ainda, um outro
modo de ruptura para vigas-parede biapoiadas: o de FlexĂŁo-Cisalhamento.
Fafitis e Won (1994) comentam que, dos quatro mecanismos descritos por Subedi
(1988) Flexão, Flexão-Cisalhamento, Cisalhamento (Fendilhamento ou Tração Diagonal) e
Ruptura Local os dois mais importantes modos de ruptura sĂŁo FlexĂŁo-Cisalhamento e
Fendilhamento Diagonal, embora a Ruptura Local citada acima nĂŁo seja rara.
Subedi (1994) foi a Ășnica referĂȘncia encontrada que descrevia em detalhes os modos
de ruptura de vigas-parede biengastadas.
a. FlexĂŁo
Ă caracterizada principalmente pelo escoamento da armadura de flexĂŁo (no meio do
vão). Hå o surgimento de fissuras verticais, na base da viga, que se prolongam até quase toda a
altura desta. A ruptura ocorre geralmente com o escoamento da armadura e, sĂł em casos
raros, com o esmagamento do concreto. Na Figura 2.2 encontra-se a ilustração de duas vigas
rompendo por flexĂŁo, uma sob a ação de um carregamento uniformemente distribuĂdo (Fig.
12
2.2.a) e a outra sob a ação de duas cargas concentradas (Fig. 2.2.b). Para vigas-parede
biengastadas, este modo de ruptura nĂŁo Ă©, praticamente, considerado. Geralmente, Ă© assumido
que estas vigas tĂȘm resistĂȘncia adequada contra a flexĂŁo pura.
(a) (b)
Os nĂșmeros em (b) indicam a ordem dos eventos. Os eventos 1 e 2 correspondem aoaparecimento de fissuras e o evento 3 corresponde ao esmagamento do concreto.
Figura 2.2 - Ilustração da ruptura por flexão.
b. Cisalhamento
O cisalhamento depende fundamentalmente da localização e distribuição das cargas
aplicadas. Para as vigas-parede biapoiadas submetidas a um carregamento aplicado no bordo
superior, a ruptura tem inĂcio com a formação sĂșbita de uma fissura diagonal principal em
ambos os painéis de cisalhamento, próxima aos apoios, que se propaga em direção ao ponto
de aplicação da carga mais próxima (caso de cargas concentradas) ou em direção ao ponto
localizado a 1/3 do vĂŁo a partir do apoio (caso de cargas distribuĂdas). O aparecimento das
fissuras diagonais principais citado acima tambĂ©m Ă© uma das principais caracterĂsticas
apresentadas pelas vigas-parede biengastadas. Nestas, existe o esmagamento do concreto nas
extremidades das fissuras diagonais (ârĂłtula nocionalâ), completando um mecanismo, e hĂĄ a
13
ausĂȘncia das fissuras de flexĂŁo nos apoios extremos engastados. O mecanismo e a deformação
aproximada encontram-se na Figura 2.3.
Para as vigas biapoiadas, dependendo, entre outros fatores, da existĂȘncia e da eficĂĄcia
da armadura de alma, pode-se ter:
⹠Ruptura por fendilhamento ou tração diagonal;
âą Ruptura por compressĂŁo diagonal.
Fendilhamento ou Tração Diagonal
Geralmente, ocorre simultaneamente à formação da fissura diagonal. à medida que a
carga é aplicada, crescem os valores das forças de compressão ao longo da biela inclinada e,
conseqĂŒentemente, da tração indireta transversal Ă mesma. Este tipo de ruptura estĂĄ ilustrado
na Figura 2.4.
CompressĂŁo Diagonal
ApĂłs o desenvolvimento da primeira fissura de cisalhamento entre o apoio e o ponto de
aplicação da carga, surgem novas fissuras, paralelas à primeira, formando uma biela
comprimida. A ruptura ocorre com o esmagamento do concreto desta biela, conforme
ilustrado na Figura 2.5 (GuimarĂŁes, 1980).
(a) (b)
Os nĂșmeros em (a) indicam a ordem os eventos.
Figura 2.3 - Mecanismo de ruptura (a) e deformação aproximada (b)de uma viga-parede biengastada rompendo por cisalhamento.
14
Figura 2.4 - Ilustração da ruptura por fendilhamento outração diagonal para uma viga-parede biapoiada.
Figura 2.5 - Ilustração da ruptura por compressão diagonal para uma viga-parede biapoiada.
c. FlexĂŁo - Cisalhamento
O processo de ruptura Ă© iniciado pelo escoamento da armadura seguido pelo
esmagamento do concreto na zona de compressĂŁo; porĂ©m, a resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento
Ă© atingida antes do esmagamento total do concreto na zona de compressĂŁo. Por esta razĂŁo,
15
este mecanismo de ruptura Ă© denominado de âflexĂŁo - cisalhamentoâ (GuimarĂŁes, 1980). Ele
encontra-se ilustrado na Figura 2.6 para uma viga-parede biapoiada.
Os nĂșmeros indicam a ordem dos eventos.
Figura 2.6 - Mecanismo de ruptura de flexĂŁo â cisalhamento para uma viga-parede biapoiada.
No caso de vigas-parede biengastadas (Figura 2.7), as principais caracterĂsticas deste
modo de ruptura sĂŁo:
⹠A formação de uma fissura de flexão principal ao longo de um dos apoios engastados
extremos;
⹠A formação de uma fissura diagonal principal no painel de cisalhamento aposto ao da
fissura de flexĂŁo citada;
âą O esmagamento do concreto nas duas extremidades da fissura diagonal (no bordo da carga
e no canto inferior da viga; estas posiçÔes estĂŁo assinaladas como ârĂłtula nocionalâ, na
Figura 2.7, nas quais grande deformação rotacional ocorre no colapso);
⹠Uma grande rotação na extremidade inferior da fissura de flexão, mas não necessariamente
esmagando o concreto na regiĂŁo.
O mecanismo na ruptura e a deformação aproximada da viga perto do instante de
colapso estĂŁo mostrados na Figura 2.7.
16
(a) (b)
Os nĂșmeros mostrados em (a) indicam a ordem dos eventos.
Figura 2.7 - Mecanismo de ruptura e deformação aproximadade uma viga-parede biengastada rompendo por flexão - cisalhamento.
d. Local
O estado de tensÔes sobre o apoio ou sob cargas concentradas é tal que pode ocorrer
esmagamento do concreto nestas regiÔes, devido às elevadas tensÔes de compressão, antes que
a capacidade resistente da viga tenha sido esgotada. Assim, deve ser dada especial atenção ao
dimensionamento e detalhamento dos apoios e às regiÔes sob os pontos de aplicação de carga
concentrada. Velasco (1984), para o ensaio de vigas-parede esbeltas, projetou um reforço de
apoio para as vigas que nĂŁo possuĂam enrijecimento lateral, e, nas vigas altas (relação
"/h = 1.0), acrescentou uma armadura de fretagem na região de aplicação das cargas
concentradas para evitar o esmagamento local.
Vigas-parede de concreto armado com apoios extremos biengastados sĂŁo
particularmente vulneråveis a uma ruptura local sob a zona de aplicação da carga concentrada.
Com uma geometria de apoios engastados, as vigas usualmente possuem uma grande
resistĂȘncia global, o que concede a ela prĂłpria a possibilidade de ruptura local (Subedi, 1994).
Nas Figuras 2.8 e 2.9 encontra-se a ilustração de uma viga-parede biapoiada e de uma
viga-parede biengastada, respectivamente, rompendo localmente. Os nĂșmeros indicam a ordem
17
dos eventos. Na Figura 2.8 os eventos 1 e 2 correspondem ao aparecimento de fissuras e o
evento 3 corresponde ao esmagamento do concreto.
Os nĂșmeros indicam a ordem dos eventos.
Figura 2.8 - Viga-parede biapoiada sob mecanismo de ruptura local.
Os nĂșmeros indicam a ordem dos eventos.
Figura 2.9 - Modo de ruptura local para uma viga-parede biengastada.
2.5 - RESISTĂNCIA Ă FLEXĂO
Na literatura, geralmente, em relação Ă s vigas-parede, Ă© dada maior atenção Ă
resistĂȘncia ao cisalhamento do que Ă resistĂȘncia Ă flexĂŁo, porque Ă© considerado que para uma
taxa geomĂ©trica de armadura principal de tração bem distribuĂda e ancorada, a resistĂȘncia Ă
18
flexĂŁo Ă© sempre superior Ă de cisalhamento. O CEB-FIP (1978), entretanto, considera mais
detalhadamente a resistĂȘncia Ă flexĂŁo. O dimensionamento, neste caso, resume-se na
determinação da armadura, observando- se o limite de escoamento, não havendo a necessidade
de se verificar as tensÔes de compressão do concreto.
O procedimento de se adotar um braço de alavanca (z) obtido com base numa anålise
elĂĄstica-linear, para avaliar a resistĂȘncia Ășltima Ă flexĂŁo de vigas-parede resulta num esforço de
tração calculado na armadura principal maior do que o real. ConseqĂŒentemente, a armadura
estå trabalhando com certa margem de segurança, conforme jå comprovado por trabalhos
experimentais (GuimarĂŁes, 1980; Kong et al., 1970; Kong et al., 1972; Vasconcelos, 1982 e
Velasco, 1984).
Guimarães (1980), iniciou um estudo para a determinação do braço de alavanca em
vigas- parede no estado fissurado, e concluiu que z depende, dentre outros parĂąmetros, da taxa
geométrica da armadura.
O estudo paramĂ©trico realizado por Melo (1984) determina a influĂȘncia de parĂąmetros
como a relação "/h, a taxa geomĂ©trica de armadura principal (Ïs), a espessura da viga (b), a
resistĂȘncia Ă compressĂŁo do concreto (fc' ) e a tensĂŁo de escoamento do aço (f sy ) na
resistĂȘncia Ă flexĂŁo das vigas. No seu trabalho, Melo (1984) observa que, considerando como
estado limite Ășltimo aquele correspondente ao escoamento da armadura, a resistĂȘncia Ășltima Ă
flexĂŁo pode ser estimada conhecendo-se apenas o braço interno de alavanca e as caracterĂsticas
da armadura. Melo (1984) ainda propÔe uma fórmula para a determinação do braço de
alavanca.
2.6 - RESISTĂNCIA AO CISALHAMENTO
A resistĂȘncia ao cisalhamento de vigas-parede Ă© significativamente maior do que aquela
prevista pelo uso de expressÔes desenvolvidas para vigas esbeltas, por causa de sua particular
capacidade de redistribuir forças internas antes da ruptura e de desenvolver mecanismos de
19
transferĂȘncia de forças bem diferentes dos de vigas de proporçÔes normais (Smith e
Vantsiotis, 1982).
A resistĂȘncia ao cisalhamento Ă© usualmente o problema dominante na prĂĄtica de projeto
das vigas desse tipo, e tem sido estudada por vĂĄrios pesquisadores, tanto experimentalmente
quanto teoricamente. Podem ser citados os trabalhos de Klingroth (1942), de Paiva e Siess
(1965), Zsutty (1971), Smith e Fereig (1974), Nielsen (1984), Mau e Hsu (1989) (Wang et al.,
1993).
Smith e Vantsiotis (1982) ensaiaram 52 vigas-parede de concreto armado, biapoiadas
e sujeitas a duas cargas concentradas no bordo superior, aplicadas a 1/3 e a 2/3 do vĂŁo. O
objetivo era o de estudar os efeitos de alguns parùmetros na formação da fissura inclinada de
cisalhamento, na resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento, na deflexĂŁo no meio do vĂŁo, na
deformação da armadura de tração e na abertura das fissuras das vigas analisadas. A taxa de
armadura de alma vertical variava entre 0.18 e 1.25 %, e, a horizontal, de 0.23 a 0.91 %; as
vigas possuĂam relação a/d entre 1.00 e 2.08 e relação " /d entre 2.67 e 4.83. Foi observado
que hĂĄ um decrĂ©scimo na carga que leva Ă fissura inclinada e na carga Ășltima, com o
crescimento da razĂŁo a/d. TambĂ©m foi observado que um aumento na resistĂȘncia do concreto
implica num aumento na capacidade de carga Ășltima da viga. Este crescimento Ă© mais
pronunciado em vigas com baixa razĂŁo a/d e parece diminuir com o aumento de a/d.
Resultados de testes relatados na literatura (Smith e Vantsiotis, 1982; de Paiva e
Siess, 1965) mostram um grande crescimento na capacidade de cisalhamento além da carga
que leva Ă fissura inclinada para a/d †2.5. Este aumento na resistĂȘncia Ășltima de cisalhamento
observado para a/d †2.5 Ă© principalmente atribuĂdo Ă ação de arco, que parece decrescer com
o aumento da razĂŁo a/d.
De acordo com Mau e Hsu (1987; 1989), trĂȘs fatores podem ser considerados os mais
importantes no cĂĄlculo da resistĂȘncia ao cisalhamento normalizada (Ï max cf ' ) de vigas-parede.
São eles a relação vão de cisalhamento/altura (a/h), a taxa mecùnica de armadura longitudinal
( )wl e a taxa mecĂąnica de armadura transversal ( )wt , onde wl = Ï l ly cf fâ ' e wt = Ï t ty cf fâ ' ,
sendo Ï l e Ï t , a taxa geomĂ©trica de armadura longitudinal e transversal, respectivamente; fly
e fty , a tensão de escoamento do aço longitudinal e transversal, respectivamente.
20
A seguir encontra-se descrito o estudo paramétrico realizado por Mau e Hsu (1987).
Este estudo foi feito a partir de equaçÔes desenvolvidas levando-se em conta condiçÔes de
equilĂbrio, compatibilidade e relação tensĂŁo-deformação.
2.6.1 - ParĂąmetros Considerados
2.6.1.1 - a/h x Ï max cf '
A razĂŁo Ï max cf ' geralmente decresce com o aumento da relação a/h. A taxa de
decréscimo é maior para os casos com menor taxa geométrica de armadura transversal,
conforme mostra a Figura 2.10.
a/h
Figura 2.10 - Efeito da relação a/h na resistĂȘncia ao cisalhamento.
2.6.1.2 - wl x Ï max cf '
Como pode ser constatado pela Figura 2.11, a razĂŁo Ï max cf ' cresce com o aumento de
wl . Isto significa que o aço longitudinal é efetivo para relaçÔes de a/h de 0.5 a 2.0 e com wt
21
variando de 0.05 a 0.55. A efetividade Ă© relativamente maior quando wl varia de 0.1 a 0.3,
mas se torna gradualmente menor Ă medida que wl aumenta.
Ï l ly cf fâ '
Figura 2.11 - Efeito da taxa mecĂąnica de armadura longitudinal na resistĂȘncia ao cisalhamento.
2.6.1.3 - wt x Ï max cf '
A variação de Ï max cf ' com wt Ă© mostrada na Figura 2.12 para seis combinaçÔes de
a/h e wl . Para razĂ”es de a/h = 1.0 e 2.0, Ï max cf ' cresce com o aumento de wt , especialmente
para pequenos valores de wt . Para a pequena relação de a/h de 0.5, contudo, Ï max cf ' decresce
levemente com o aumento de wt . Isto ocorre porque sob grande compressĂŁo transversal
efetiva (pequena razão a/h), maior taxa de armadura transversal leva a uma deformação de
compressĂŁo relativamente menor, que, por sua vez, leva a um maior âamolecimentoâ
(softening) do concreto. Ă razoĂĄvel estabelecer que a efetividade da armadura transversal
decresce quando a/h decresce de 2.0 para 0.5.
22
Ï t ty cf fâ '
Figura 2.12 - Efeito da taxa mecĂąnica de armadura transversal na resistĂȘncia ao cisalhamento.
2.7 - INFLUĂNCIA DA ARMADURA DE ALMA
O uso de armadura de alma em forma de malha ortogonal Ă© considerado essencial nĂŁo
só para o controle de abertura de fissuras, mas também porque reduz a probabilidade de
ruptura por instabilidade (Kotsovos, 1988).
A armadura de alma é mais eficiente quando colocada perpendicularmente à direção
das fissuras. Ela pode ser formada por estribos horizontais somente, por estribos verticais
somente, por uma malha ortogonal, ou, ainda, ser inclinada. A armadura do tipo malha
ortogonal Ă© a mais utilizada, e Ă© recomendada pelas normais estruturais.
De Paiva e Siess (1965) ensaiaram 19 vigas-parede biapoiadas, algumas sem armadura
de alma e outras com armadura de alma consistindo de estribos verticais ou inclinados, sujeitas
Ă aplicação de duas cargas concentradas a 1/3 e a 2/3 do vĂŁo. As vigas possuĂam
2.0 †"/d †4.0, com " constante igual a 600 mm e a = 200 mm. Foi observado que a adição de
até 1.42% de armadura de alma (taxa de armadura total) não provocava efeito no
desenvolvimento de fissuras inclinadas e parecia ter pouco efeito sobre a resistĂȘncia Ășltima das
vigas, sem levar em conta o modo de ruptura. Todas as vigas com armadura de alma
apresentaram menor dano na ruptura quando comparadas com as sem este tipo de armadura.
Na pesquisa realizada por Smith e Vantsiotis (1982) foi observado que a armadura
23
de alma Ă© efetiva na redução da abertura das fissuras para todos os nĂveis de carga e,
particularmente, em vigas com a/d > 1.0. Além disso, verificou-se que, em geral, a armadura
de alma aumenta a resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento, o que pode ser constatado pelo estudo
paramétrico feito por Mau e Hsu (1987; 1989) e representado pelas Figuras 2.11 e 2.12.
Somente para pequenas razĂ”es de a/h hĂĄ um ligeiro decrĂ©scimo nessa resistĂȘncia, quando do
aumento da taxa de armadura transversal.
A ineficiĂȘncia da armadura transversal para baixas razĂ”es de a/h pode tambĂ©m ser
observada nos testes feitos por Kong et al.(1970). TrĂȘs pares de vigas testadas com a/h †0.5
estão listados na Tabela 2.1 (Mau e Hsu, 1990) . Em cada par de vigas, a relação a/h e a
porcentagem de armadura longitudinal (Ï l ) sĂŁo idĂȘnticas, mas a porcentagem de armadura
transversal (Ï t ) Ă© muito diferente. Pode ser percebido que as trĂȘs vigas com menor taxa de
armadura transversal (Ï t = 0.86%) apresentaram forças de cisalhamento mĂĄximas
experimentais iguais ou até superior àquelas apresentadas por vigas com maior taxa de
armadura transversal (Ï t = 2.45%). Quando a/h †0.5 uma taxa geomĂ©trica de armadura
transversal superior a 0.25% nĂŁo Ă© efetiva no crescimento da resistĂȘncia ao cisalhamento de
vigas-parede. Na notação apresentada, 1 ou 2 é a série considerada, de acordo com a
quantidade e tipo de armadura de alma; 30, 25 ou 20 Ă© a altura da viga, dada em in (polegada).
Os valores de fc' e de VU TESTE( ) , originalmente em psi e lb, respectivamente, foram convertidos
em unidades do SI utilizando-se a Tabela de ConversĂŁo de Unidades presente no inĂcio deste
trabalho.
VIGAS
(Notação)a/h
Ï l
(%)
Ï t
(%)fc
'
( N mm2 )
VU TESTE( )
(kN)
1 - 302 - 30
0.330.33
0.520.52
2.450.86
21.7919.45
238.86249.09
1 - 252 - 25
0.400.40
0.630.63
2.450.86
24.8718.86
224.18224.18
1 - 202 - 20
0.500.50
0.800.80
2.450.86
21.5120.12
189.48215.28
Tabela 2.1 - Efeito da armadura transversal para pequenas razÔes de a/h.
24
Rogowsky, MacGregor e Ong (1986) ensaiaram 7 vigas-parede biapoiadas e 17
contĂnuas de dois vĂŁos com diferentes relaçÔes a/d, com Ï t variando de 0.15 % a 0.6 % e Ï w"
(taxa de armadura de alma longitudinal) variando de 0.25 % a 0.39 %. Para as vigas
biapoiadas, a/d era 1.0, 1.5 ou 2.0. As vigas com menor taxa de estribos aproximaram-se do
modelo resistente de arco-atirantado na ruptura. Isto aconteceu independentemente da
quantidade de armadura de alma horizontal presente nas vigas. As rupturas foram repentinas,
com pouca deformação plåstica. Por outro lado, as vigas com grande quantidade de estribos
romperam de uma maneira dĂșctil. Foi observado que a presença de armadura de alma
horizontal influenciou muito pouco a resistĂȘncia das vigas analisadas, o que nĂŁo estĂĄ de acordo
com o ACI 318-95. O CĂłdigo ACI 318-95 (1995) considera que a armadura de alma
horizontal Ă© sempre mais efetiva do que a vertical.
2.8 - INFLUĂNCIA DA ESPESSURA DE ALMA
Nas Ășltimas trĂȘs dĂ©cadas, a maior parte da pesquisa sobre o comportamento de vigas-
parede de concreto armado sob carga Ășltima foi concentrada na sua resistĂȘncia Ă flexĂŁo, ao
cisalhamento e na resistĂȘncia do apoio. Atualmente, se tornou claro que a flambagem de tais
vigas é um critério de ruptura que precisa ser considerado em projeto (Kong e Wong, 1990).
Estritamente falando, o termo âflambagemâ se refere a um processo no qual uma estrutura se
move de um estado de equilĂbrio neutro ou indiferente para um estado de equilĂbrio instĂĄvel.
âRuptura por flambagemâ Ă© usada mais livremente para se referir a um estado de ruptura com
pronunciados deslocamentos fora do plano.
Realmente, com os avanços esperados na tecnologia dos materiais, serĂĄ possĂvel a
utilização de vigas-parede cada vez mais esbeltas, ou seja, com seçÔes transversais cada vez
mais estreitas, e, assim, a flambagem provavelmente ditarĂĄ o projeto dessas vigas.
Dos quatro principais documentos de projeto de vigas-parede, que sĂŁo o CĂłdigo
Canadense (CAN3-A23.3-M84), o CĂłdigo Americano (ACI 318-95), o CĂłdigo Modelo CEB-
FIP e o Guia 2 da CIRIA, somente este Ășltimo apresenta recomendaçÔes diretas para o cĂĄlculo
25
da resistĂȘncia Ă flambagem. Contudo, por causa da falta de dados experimentais, as
recomendaçÔes de flambagem da CIRIA tiveram de ser baseadas em estudos teóricos,
utilizando-se o bom senso de engenharia; no final do ApĂȘndice C (ResistĂȘncia Ă flambagem de
vigas-parede) deste guia, Ă© assinalado que ânĂŁo hĂĄ evidĂȘncia experimental para comprovar
estes procedimentosâ.
O Guia da CIRIA (1977) recomenda trĂȘs mĂ©todos para a previsĂŁo da resistĂȘncia Ă
flambagem de vigas-parede esbeltas: as Regras Suplementares, o MĂ©todo do Painel Ănico e o
MĂ©todo do Painel Duplo. Ă aconselhado por pesquisadores (Kong et al., 1986) que as Regras
Suplementares sejam usadas sempre que forem aplicĂĄveis. Quando nĂŁo forem, deve-se evitar o
MĂ©todo do Painel Ănico e aplicar preferencialmente o do Painel Duplo. Os resultados obtidos
segundo as recomendaçÔes da CIRIA são conservativos (Kong et al., 1986). Contudo,
levando-se em conta que as rupturas por flambagem sĂŁo catastrĂłficas e difĂceis de serem
previstas, um razoåvel fator de segurança ainda se faz necessårio.
Velasco (1984), na PUC-Rio, estudou experimentalmente a influĂȘncia da espessura da
alma no comportamento de vigas-parede. Segundo Leonhardt e Mönning (1979), para
impedir a flambagem lateral Ă© necessĂĄrio que a viga tenha b â„ " /20. Contudo, nĂŁo ocorreu
instabilidade por flambagem para nenhuma das vigas ensaiadas por Velasco, mesmo para as
que possuĂam b = " /24.
Os primeiros resultados publicados sobre o comportamento Ășltimo de vigas-parede
com altas razÔes altura/espessura (h/b) são provavelmente das quatro vigas testadas por Besser
e Cusens (1984) e das 38 vigas ensaiadas por Kong et al. (1986) (Kong e Wong, 1990).
Desses resultados relatados, uma das vigas testadas por Besser e Cusens e 30 das vigas
testadas por Kong romperam por flambagem.
O comportamento geral de vigas-parede esbeltas carregadas no topo pode ser resumido
brevemente como abaixo, de acordo com Kong et al. (1986):
a. Sob carregamento, as primeiras fissuras a se formar sĂŁo as de flexĂŁo, na regiĂŁo do meio do
vĂŁo (Figura 2.13, fissuras â ). A carga que provoca tais fissuras encontra-se, geralmente,
entre 20 e 40 % da carga Ășltima e Ă© menor do que aquela para uma viga-parede espessa de
comparĂĄvel razĂŁo "/h;
b. Sob carga adicional, longas fissuras diagonais (Figura 2.13, fissuras âĄ) sĂŁo formadas,
26
usualmente com grande ruĂdo. Tipicamente, essas fissuras diagonais iniciam-se nĂŁo na base,
mas na extensĂŁo da altura da viga. Comparando com as vigas-parede espessas, as primeiras
fissuras diagonais principais das vigas esbeltas tendem a se formar a cargas menores e a ser
mais inclinadas sobre a horizontal. A sua direção encontra-se usualmente entre aquela da
linha sĂłlida e aquela da linha tracejada de corte da Figura 2.14;
c. Quando a carga é incrementada, o modo de ruptura depende fortemente da relação h/b e
da relação excentricidade da carga/espessura (e/b). De uma maneira geral, quanto maiores
essas razÔes, maiores são as probabilidades de que a ruptura por flambagem ocorra. Nos
testes feitos por Kong (Kong et al., 1986), foi percebido que quando a razĂŁo efetiva de
e/b, definida como 0.4 e b1 + 0.6 e b2 (com e1 e e2 definidos na Figura 2.15), nĂŁo excedia
0.03, nenhuma das 38 vigas testadas rompiam por flambagem mesmo quando a razĂŁo h/b
era maior do que 50. Contudo, quando a razĂŁo efetiva e/b era de 0.1 ou mais, mesmo as
vigas testadas de razĂŁo h/b abaixo de 25 rompiam por flambagem. O modo de flambagem Ă©
caracterizado por uma fissuração horizontal proeminente, usualmente sobre o comprimento
da viga (Figura 2.13, fissuras âą), que Ă© acompanhada por uma significante redução na
carga de ruptura.
Na Figura 2.16 encontra-se a ilustração de uma viga-parede rompendo por flambagem.
Figura 2.13 - SeqĂŒĂȘncia tĂpica na qual as fissuras aparecem emvigas-parede esbeltas carregadas no bordo superior.
27
Figura 2.14 - Representação da fissura diagonal crĂtica:linha pontilhada para vigas-parede espessas;
linhas cheia e tracejada de corte para vigas-parede esbeltas.
Figura 2.15 - Seção transversal da viga, com a definição das excentricidades e1 e e2 .
Figura 2.16 - Viga-parede rompendo por flambagem (viga C-29-0.1; Kong et al., 1986).
28
2.9 - INFLUĂNCIA DA RIGIDEZ DOS APOIOS
Subedi, N. K. (1994) salienta que as vigas-parede de concreto armado com as
condiçÔes de apoio engastadas são mais provåveis de ocorrer em estruturas na pråtica do que
as biapoiadas. Por exemplo, em edifĂcios, as vigas-parede apoiadas em vigas transversais sĂŁo
efetivamente ou parcialmente engastadas, as restriçÔes sendo fornecidas pelas vigas
transversais (Figura 2.17.a). Outros exemplos que podem ser citados sĂŁo as vigas-parede
apoiadas em grossos pilares (Figura 2.17.b) e as conectadas em estruturas de
contraventamento (shear wall structures) (Figura 2.17.c).
Quando uma viga-parede é apoiada em pilares laterais, os esforços são transmitidos aos
apoios ao longo da interseção viga - pilar, alterando a distribuição das tensÔes normais e
cisalhantes da viga. A anålise elåstica mostra que a linha neutra sofre uma elevação e as
resultantes de tração e compressão são menores, pois o braço de alavanca z aumenta.
Entre as pesquisas realizadas visando quantificar a influĂȘncia do enrijecimento dos
apoios no comportamento de vigas-parede, pode-se citar os ensaios feitos por SchĂŒtt em 1956
(Cusens, A. R., 1990), cujos detalhes das vigas testadas encontram-se na Figura 2.18, e os
trabalhos realizados, na PUC-Rio, por GuimarĂŁes (1980) e Vasconcelos (1982).
GuimarĂŁes analisou nove vigas-parede de concreto armado, simplesmente apoiadas,
sujeitas a duas cargas concentradas aplicadas no bordo superior. Das nove vigas ensaiadas, seis
apresentavam rigidez lateral. Foi observado que o enrijecimento dos apoios nĂŁo chegava a
causar nenhum efeito na resistĂȘncia Ășltima Ă flexĂŁo e provocava somente uma ligeira elevação
na resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento das vigas analisadas. Vasconcelos continuou na mesma
linha de pesquisa, ensaiando 16 vigas-parede biapoiadas, oito submetidas a carregamento
concentrado (duas cargas pontuais) e oito submetidas a carregamento uniformemente
distribuĂdo. Das dezesseis vigas analisadas, 14 possuĂam rigidez lateral.
Na Figura 2.19 encontram-se as isostĂĄticas e a distribuição das tensĂ”es Ï Ïy x, e Ï xy em
vigas-parede com "/h = 1.0, com e sem enrijecimento dos apoios, e submetidas a um
carregamento uniformemente distribuĂdo. T e C representam, respectivamente, as forças
resultantes das tensÔes de tração e de compressão (Leonhardt e Mönning, 1979).
29
Viga apoiada emvigas transversais
Viga apoiada emgrossas colunas
Vigas decontraventamento
(a) (b) (c)
Figura 2.17 - Exemplos de vigas-parede com extremidades engastadas (Subedi, 1994).
(Unidade: mm)
Figura 2.18 - Detalhes das vigas testadas por SchĂŒtt (Cusens, 1990).
30
Figura 2.19 - IsostĂĄticas e distribuição das tensĂ”es yÏ , xÏ e xyÏ em vigas-parede
com "/h = 1.0, com e sem enrijecimento dos apoios (Leonhardt e Mönning, 1979).
31
31
2.10 - INFLUĂNCIA DA POSIĂĂO DO CARREGAMENTO
Uma série de testes realizados por Besser (1983) e Cusens e Besser (1985) foi utilizada
para a avaliação dos efeitos, na resistĂȘncia Ășltima de vigas-parede de pequena espessura, de
diferentes combinaçÔes de cargas agindo no topo e na base de tais vigas. Este trabalho
constitui-se na pesquisa mais abrangente relatada sobre o tema (Cusens, A. R., 1990).
Detalhes da armadura e as dimensÔes das dezessete vigas testadas encontram-se na Figura
2.20. Todas possuĂam igual geometria e armadura principal, porĂ©m, diferentes taxas de
armadura transversal, com diferentes espaçamentos. Na Tabela 2.2 abaixo encontram-se o
espaçamento dos estribos verticais, a taxa de armadura vertical e a notação da viga; na Tabela
2.3 encontram-se listadas as cinco combinaçÔes de carregamento.
NOTAĂĂODA VIGA
ESPAĂAMENTO DAARMADURA VERTICAL (mm)
TAXA DE ARMADURA VERTICALÏ t (%)
W1 74 1.06
W 2 98 0.80
W 3 56 1.40
W 4 - 0.0
W 5 39 2.0
Tabela 2.2 - Notação, espaçamento e taxa da armadura vertical das vigas ensaiadas.
NOTAĂĂO DOCARREGAMENTO
COMBINAĂĂO DE CARGA
L 1 carga uniformemente distribuĂda no topo da viga
L 2 carga uniformemente distribuĂda aplicada na base
L 3 combinação de cargas no topo e na base na razão 1:1
L 4 combinação de cargas no topo e na base na razão 2:1
L 5 combinação de cargas no topo e na base na razão 1:2
Tabela 2.3 - Cinco combinaçÔes de carregamento utilizadas.
32
DimensÔes em mm
Figura 2.20 - DimensÔes e detalhes de armadura das vigas-parede de pequena espessura testadas por Besser (1983) e Cusens e Besser (1985).
Apesar das diferenças na armadura vertical, os modelos de fissuração são similares para
as vigas W1, W2 e W3 sob carregamento L1. Sob carregamento L2 , o desenvolvimento de
fissuras em todas as vigas (W1 a W5 ) Ă© largamente influenciado pela quantidade dessa
armadura. O espaçamento médio entre fissuras na seção vertical central das vigas varia com o
espaçamento da armadura vertical. A Figura 2.21 mostra que para grandes taxas dessa
armadura, o espaçamento médio entre fissuras horizontais é reduzido.
Sob cargas no topo e na base combinadas, o modelo de fissuração é influenciado tanto
pela razĂŁo entre os carregamentos do topo e da base quanto pela taxa de armadura vertical.
33
A maior abertura de fissura, para as amostras carregadas no topo (L1), foi gerada por
uma fissura diagonal, e, para as carregadas na base, por uma fissura horizontal. A Figura 2.22
apresenta as mĂĄximas aberturas de fissura para o carregamento L1. Para as trĂȘs vigas testadas,
esta medida foi feita a uma altura de 250 mm da base. Examinando-se a Figura 2.22, a abertura
mĂĄxima de fissura parece ter se desenvolvido muito similarmente nas vigas W1e W2 .
Espaçamento da armadura vertical (mm)
Porcentagem de armadura vertical
Figura 2.21 - Efeito da armadura vertical sobre o espaçamentomédio das fissuras sob carregamento na base (L2 ).
34
Abertura de fissura (mm)
Figura 2.22 - Desenvolvimento da abertura de fissura para vigas carregadas no topo (L1).
Os valores de abertura mĂĄxima de fissura para as vigas sob carregamento L2 estĂŁo
resumidos na Figura 2.23, e, para carregamento L3 , na Figura 2.24. Pelas duas figuras,
percebe-se que quando a carga Ă© aplicada na base, a abertura de fissura Ă© diretamente
dependente da quantidade de armadura vertical.
O Guia da CIRIA (1977) apresenta recomendaçÔes de projeto para vigas-parede
carregadas no topo e na base simultaneamente. Além disso, recomenda arranjos particulares
de armadura de cisalhamento para casos de cargas aplicadas na base.
O ACI 318-95 não tem nenhuma disposição especial para carregamento aplicado na
base e, geralmente, Ă© muito conservativo para as vigas carregadas no topo (Cusens, A. R.,
1990).
35
Abertura de fissura (mm)
Figura 2.23 - Desenvolvimento da abertura de fissura para vigas carregadas na base (L2 ).
Abertura de fissura (mm)
Figura 2.24 - Desenvolvimento de abertura de fissura paravigas carregadas igualmente no topo e na base (L3 ).
36
2.11 - INFLUĂNCIA DE ABERTURA NA ALMA
Em vårias formas de construção, aberturas na região da alma de vigas-parede são
algumas vezes preparadas para serviços essenciais e acessibilidade.
Embora testes em vigas de concreto forneçam recomendaçÔes utilizĂĄveis na resistĂȘncia
de vigas-parede com furos, os dados assim desenvolvidos não fornecem informaçÔes
compreensivas de distribuição de tensĂ”es em regiĂ”es crĂticas.
O guia de projeto de vigas-parede da CIRIA, tratando do projeto e detalhamento de
aberturas de alma, foi principalmente baseado em dados da literatura publicada, percepção
intuitiva para a distribuição das tensĂ”es e experiĂȘncias de construção. Essas aproximaçÔes
tendem a ser cautelosas na falta de dados adequados de testes (Ray, S. P., 1990).
M. Haque, Rasheeduzzafar e A. H. J. Al-Tayyib (1986) realizaram um programa de
testes, utilizando técnicas fotoelåsticas, envolvendo 13 vigas-parede, para estabelecer os
efeitos da relação "/h, da presença das aberturas (furos) e da posição das mesmas na
distribuição de tensÔes. O vão das vigas, a posição das cargas aplicadas e o tamanho e a forma
das aberturas foram mantidas invariantes para o programa. Desta pesquisa concluiu-se que o
modelo do fluxo de tensÔes para as vigas com furos é diferente do de vigas de alma sólida
somente na regiĂŁo em torno da abertura. O efeito da abertura de alma em termos do
crescimento das tensĂ”es de flexĂŁo crĂticas foi significante somente nas vigas mais baixas
("/h = 2.0) das sĂ©ries de teste, tornando-se desprezĂvel nas vigas mais altas ("/h = 1.46 e 1.0).
A localização da abertura de alma Ă© o principal fator que influencia os nĂveis de tensĂŁo e a
resistĂȘncia da viga.
A tĂtulo de ilustração, pode ser visto na Figura 2.25 a trajetĂłria de tensĂ”es para o
modelo testado M4 (Haque et al., 1986).
37
Figura 2.25 - Trajetória de tensÔes para uma viga-paredecom abertura de alma (modelo M4 (Haque et al., 1986)).
Na Figura 2.26 encontram-se modelos de fissuração na ruptura de tĂpicas vigas-parede
com aberturas de alma sob a ação de dois pontos de carga, um a 1/3 e outro a 2/3 do vão. Na
Figura 2.26.a as aberturas sĂŁo retangulares e, na Figura 2.26.b, circulares. Nos dois casos, as
primeiras fissuras inclinadas visĂveis geralmente aparecem na regiĂŁo dos apoios e a partir das
bordas das aberturas a cargas que variam entre 36 e 55% da carga Ășltima. As fissuras de
flexĂŁo aparecem em pouca quantidade e geralmente ocorrem entre 60 e 95% da carga Ășltima.
A ruptura ocorre a partir da fissura diagonal, por cisalhamento. Dos dois tipos de abertura
considerados, o circular é mais efetivo na transmissão da carga e apresenta fissuração
diagonal bem definida. Este tipo, portanto, pode ser recomendado em projeto.
38
(a)Viga-parede com aberturas
retangulares na alma.
(b)Viga-parede com aberturas
circulares na alma.
Figura 2.26 - Modelos de fissuração na ruptura.
Ray, S. P. (1990) salienta que os fatores que afetam o comportamento e o
desempenho de vigas-parede com aberturas de alma sĂŁo:
i. Relação "/h da viga;
ii. Propriedades da seção transversal (retangular, T, etc);
iii. Quantidade e localização da armadura longitudinal principal;
iv. Quantidade, tipo e posição da armadura de alma;
v. Propriedades do concreto e das armaduras;
vi. Relação a/h da viga;
vii. Tipo e posição do carregamento;
viii. Tamanho, forma e localização da abertura de alma.
Pode-se perceber que os fatores acima listados sĂŁo os mesmos que influenciam o
comportamento de uma viga-parede sem furos, sendo acrescentados, somente, os parĂąmetros
relacionados Ă prĂłpria abertura de alma.
39
2.12 - MODELOS DE BIELAS E TIRANTES
Alguns métodos de dimensionamento de vigas-parede, como a Norma Canadense
CAN3-A23.3-M84 (1984), o MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado (Siao, 1993) e
o CĂłdigo Modelo CEB-FIP (1990) baseiam-se no modelo de bielas e tirantes. Os dois
primeiros métodos serão descritos mais adiante; contudo, para que eles sejam melhor
compreendidos, o conceito de modelos de bielas e tirantes jĂĄ serĂĄ aqui descrito.
a. Definição - Os modelos de bielas e tirantes são representaçÔes dos campos de tensão
discretizados nos elementos estruturais de concreto armado. As bielas são idealizaçÔes dos
campos de tensão de compressão no concreto, e os tirantes, dos campos de tensão de tração
que sĂŁo usualmente absorvidos pelas barras da armadura. O modelo idealizado, que Ă© uma
estrutura de barras de treliça, concentra todas as tensÔes em barras comprimidas e tracionadas
ligando-as através de nós. Um nó pode ser definido como um volume de concreto que envolve
as interseçÔes das bielas comprimidas, em combinação com forças de ancoragem e/ou forças
de compressão externas (açÔes concentradas ou reaçÔes de apoio).
b. ConsideraçÔes Gerais - As vigas-parede são classificadas como regiÔes de perturbação
(regiĂ”es descontĂnuas) (Schlaich et al., 1987), as quais sĂŁo caracterizadas por uma
distribuição não linear de deformação. SoluçÔes elåsticas de vigas-parede fornecem uma boa
descrição de seu comportamento antes da fissuração (Leonhardt e Walther, 1966), mas,
depois da fissuração, uma importante redistribuição de tensÔes ocorre e a capacidade da viga
deve ser prevista pela anĂĄlise inelĂĄstica, como o modelo de bielas e tirantes, recentemente
aperfeiçoado (Marti, 1985; Rogowsky e MacGregor, 1988; Siao, 1993) (Ashour e Morley,
1996).
A utilização de modelos de treliça no dimensionamento de estruturas de concreto
armado foi inicialmente proposta por Ritter (1899) e Mörsch (1909), na virada para o século
XX. Após décadas de estudos, vårios pesquisadores sugeriram modificaçÔes no modelo
original, visando implementĂĄ-lo e adequĂĄ-lo aos resultados experimentais. O primeiro
desenvolvimento importante foi a generalização do ùngulo de inclinação das bielas de concreto
(inicialmente considerado de 45°), por Lampert e Thurlimann (1968). Esta teoria ficou
40
conhecida como o âmodelo de treliça de Ăąngulo variĂĄvelâ. O segundo desenvolvimento foi a
dedução da equação de compatibilidade por Collins (1973) para determinar o ùngulo de
inclinação das bielas de concreto. Como este ùngulo é suposto coincidir com o ùngulo de
inclinação da tensão e da deformação principal de compressão, esta teoria é também conhecida
como a âteoria do campo de compressĂŁoâ. Nesta, a condição de deformação mĂ©dia deveria
satisfazer o cĂrculo de deformaçÔes de Mohr e a tensĂŁo nas bielas de concreto deveria
satisfazer o cĂrculo de tensĂ”es de Mohr. O terceiro desenvolvimento foi a percepção do
âamolecimentoâ das bielas de concreto por Robinson e Demorieux (1968) e a quantificação
desse fenĂŽmeno por Vecchio e Collins (1981). Vecchio e Collins propuseram uma curva
tensão-deformação com amolecimento, na qual o efeito do amolecimento depende da razão
das duas deformaçÔes principais (Mau e Hsu, 1990).
Conhecendo-se um modelo adequado para uma determinada regiĂŁo de uma estrutura,
as forças nas bielas e nos tirantes serĂŁo automaticamente calculadas atravĂ©s do equilĂbrio entre
forças externas e internas. O dimensionamento dos tirantes e a verificação do concreto das
bielas e nós são feitos de modo que eles suportem estas forças atuantes. à importante assinalar
que a resistĂȘncia do concreto nos campos de compressĂŁo depende, substancialmente, do seu
estado multiaxial de tensÔes e das perturbaçÔes causadas pelas fissuras e armaduras.
O comportamento e funcionamento estrutural das vigas-parede sĂŁo fortemente
influenciados pelo tipo e ponto de aplicação das açÔes e pelas condiçÔes de vinculação. A
modelagem deve ser feita, então, em função desses parùmetros.
A geometria do modelo pode ser obtida analisando-se:
⹠os tipos de açÔes atuantes;
âą os Ăąngulos entre as bielas e os tirantes;
⹠a årea de aplicação das açÔes e das reaçÔes;
âą o nĂșmero de camadas da armadura;
âą o cobrimento da armadura.
A abordagem convencional para o cĂĄlculo da resistĂȘncia ao cisalhamento de vigas-parede conta com algumas equaçÔes empĂricas em cĂłdigos de projeto como o ACI 318-95 e o
41
Guia da CIRIA. Em ambos os cĂłdigos, a resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento compreende duas
partes a contribuição do concreto, Vc , e a contribuição da armadura de alma, Vs . Para a
avaliação das duas contribuiçÔes, os códigos apresentam equaçÔes separadas. O cålculo da
resistĂȘncia ao cisalhamento torna-se, portanto, a soma das parcelas representantes dessas
contribuiçÔes (Vc + Vs ) multiplicada por um fator de segurança considerado adequado. Desta
maneira, os referentes códigos assumem que ambas as contribuiçÔes são de natureza distinta e
não interferem e nem interagem uma com a outra. Esta aproximação direta é largamente aceita,
pois gera uma avaliação rĂĄpida da resistĂȘncia ao cisalhamento da viga-parede e, tambĂ©m,
convenientemente, libera o engenheiro estrutural de fazer qualquer suposição sobre o critério
de ruptura do concreto (Tan et al., 1997).
Embora essa aproximação convencional seja de fåcil aplicação, ela não gera uma
interpretação fĂsica da complexa relação entre Vc e Vs . Para o projeto em estruturas de
concreto, o método de bielas e tirantes é considerado uma aproximação mais racional,
aplicåvel a qualquer forma estrutural, o que då ao engenheiro uma visão do fluxo das forças
internas nos membros estruturais.
c. Processo do Caminho de Carga - Modelos de bielas e tirantes podem ser sistematicamente
desenvolvidos através do fluxo de cargas dentro da estrutura pelo processo do caminho de
carga. Na Figura 2.27 encontra-se um exemplo de aplicação do processo do caminho de carga
em uma viga-parede. O equilĂbrio externo da estrutura deve ser sempre satisfeito, assim como
o interno (equilĂbrio dos nĂłs). A ação de carregamento distribuĂdo deve ser substituĂda por
forças concentradas equivalentes. Duas cargas opostas devem ser interligadas por caminhos
de carga os mais curtos possĂveis; as curvaturas existentes nesses caminhos representam
concentraçÔes de tensÔes. Após desenhar todos os caminhos de carga entre as cargas
externas, deve-se substituĂ-los por linhas de um polĂgono e equilibrar os nĂłs, formando o
modelo.
d. Dimensionamento das bielas, dos tirantes e dos nĂłs - O dimensionamento das bielas e
dos tirantes não consiste somente na definição da seção necessåria para absorver as forças
atuantes. Deve-se tambĂ©m assegurar a transferĂȘncia das forças entre eles atravĂ©s da verificação
das regiĂ”es do nĂł. A resistĂȘncia das bielas que chegam aos nĂłs e dos tirantes neles ancorados
42
depende do detalhamento escolhido para o nĂł. Isto ocorre porque o detalhe do nĂł definido
pelo projetista afeta o fluxo de forças. Caso o seu detalhamento seja modificado, por questÔes
construtivas, o seu dimensionamento tambĂ©m deverĂĄ ser revisto. A tĂtulo de ilustração serĂŁo
mostrados abaixo alguns modelos de bielas e tirantes para vigas-parede simplesmente apoiadas,
submetidas a açÔes no bordo superior.
Figura 2.27 - Exemplo de aplicação do processo do caminho de carga em uma viga-parede:(a) A estrutura e suas açÔes no contorno;(b) O caminhamento das açÔes externas;(c) As linhas do polĂgono;(d) O modelo;(e) O equilĂbrio dos nĂłs.
e. Modelos para vigas-parede simplesmente apoiadas
Nas figuras mostradas a seguir, para os modelos apresentados, as linhas pontilhadas
43
representam as bielas e as cheias, os tirantes. Para as trajetórias de tensÔes elåsticas, as tensÔes
de compressão são ilustradas pelas linhas pontilhadas e as de tração, pelas linhas cheias.
Ação Uniformemente DistribuĂda no Bordo Superior - As trajetĂłrias de tensĂ”es elĂĄsticas
devidas a este tipo de ação são mostradas na Figura 2.28.a. A Figura 2.28.b apresenta a
distribuição de tensÔes horizontais nas seçÔes verticais no meio do vão, e, a Figura 2.28.c, a
configuração fissurada obtida em ensaios.
(a) (b) (c)
Figura 2.28 - Viga-parede sob carregamento uniformemente distribuĂdo no bordo superior.
O modelo utilizado neste caso pode ser o da Figura 2.29.a, em que a ação
uniformemente distribuĂda Ă© dividida em duas partes e substituĂda por forças concentradas
equivalentes. No modelo refinado da Figura 2.29.b, a ação é dividida em quatro partes. Para se
obter as forças nas bielas e nos tirantes torna-se necessårio definir geometricamente o modelo,
através do ùngulo Ξ ou do braço de alavanca z. Na Figura, Rc1 e Rc2 são a força na biela
horizontal e na biela inclinada, respectivamente; Rst é a força no tirante e (g + q), a soma da
carga permanente com a carga acidental atuante. Schlaich e Schaefer (1989) mostram que o
braço de alavanca z varia linearmente de 0.6" para "h †1 até 0.34" para "h = 2. Assim, o
ùngulo Ξ varia de 68° para "h †1 até 55° para "h = 2.
44
Força Concentrada Aplicada no Bordo Superior - As trajetórias de tensÔes elåsticas
devidas à força concentrada são apresentadas na Figura 2.30.a. A Figura 2.30.b apresenta a
configuração fissurada obtida em ensaios, segundo MacGregor (1988).
Figura 2.29 - Modelos para vigas-parede sob ação de carregamentouniformemente distribuĂdo no bordo superior:
(a) Modelo simplificado;(b) Modelo refinado.
Figura 2.30 - Viga-parede submetida à ação de uma força concentrada:(a) Trajetórias de tensÔes elåsticas;(b) Configuração fissurada.
Na Figura 2.31.a encontra-se a distribuição de tensÔes horizontais no meio do vão
para vigas-parede com relação "h > 1 e, na Figura 2.31.b, para "
h < 1. No segundo caso,
45
surgem tensÔes de tração significativas próximas à extremidade superior da viga por causa da
introdução da carga. Schlaich e Schaefer (1989) sugerem a utilização de modelos diferentes
dependendo da relação "h . A Figura 2.32.a apresenta um modelo simplificado para "
h â„ 1 e
a Figura 2.32.b apresenta um modelo refinado.
Figura 2.31 - Distribuição de tensÔes horizontais no meio do vão,
para força concentrada: (a) "h > 1 e (b) "h < 1.
Figura 2.32 - Modelos para vigas parede com "h â„ 1:
(a) Modelo simplificado;(b) Modelo refinado.
46
A Figura 2.33 mostra modelos para 0.5 < "h < 1 (a) e "h †0.5 (b). No modelo
ilustrado na Figura 2.33.a, o braço de alavanca z2 varia linearmente de 0.23" para "h = 1 até
0.44" para "h = 0.5. Para o modelo da Figura 2.33.b pode-se adotar z2 = 0.48" . Para todos
os quatro modelos apresentados o ùngulo Ξ varia linearmente de 68° para "h †0.8 até 41°
para "h = 2.
Figura 2.33 - Modelos para vigas parede com "h < 1:
(a) 0.5 < "h < 1 ;
(b) "h †0.5.
2.13 - MĂTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE VIGAS-PAREDE
Neste item serão descritos vårios métodos de dimensionamento de vigas-parede
disponĂveis na literatura. Alguns deles (MĂ©todo do Boletim 150 do CEB, a Analogia da Treliça
e o MĂ©todo de Kong) serĂŁo brevemente resumidos, pois jĂĄ foram descritos e utilizados para
comparação de resultados em trabalhos anteriores (Guimarães, 1980; Vasconcelos, 1982;
47
Velasco, 1984). Os métodos do CEB-FIP (1978), do Guia 2 da CIRIA e do ACI, apesar de
tambĂ©m jĂĄ terem sido descritos e utilizados para comparação de carga Ășltima, serĂŁo resumidos
mais detalhadamente, pois serĂŁo alvo de comentĂĄrios no CapĂtulo V, por serem cĂłdigos de
projeto reconhecidos mundialmente.
O Código Canadense CAN3-A23.3-M84 (1984), o Método do Modelo de Treliça com
Amolecimento para previsĂŁo da resistĂȘncia ao cisalhamento (Mau e Hsu, 1989), o MĂ©todo de
projeto baseado no conceito do Caminho da Força Compressiva (Kotsovos, 1988), o Método
de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas (Subedi, 1988) e o MĂ©todo do Modelo de Bielas e
Tirantes Refinado (Siao, 1993) serĂŁo explicados mais detalhadamente e, no CapĂtulo IV, serĂŁo
apresentados os valores de carga Ășltima obtidos por esses mĂ©todos e os obtidos
experimentalmente, para as vigas ensaiadas por Velasco (1984), Vasconcelos (1982) e
GuimarĂŁes (1980). Os resultados serĂŁo analisados no CapĂtulo V. Os valores de carga Ășltima
considerados são sempre os nominais, não havendo, portanto, a incorporação, nos cålculos, de
nenhum coeficiente de segurança.
2.13.1 - MĂ©todo apresentado no Boletim nÂș 150 do CEB
No boletim n° 150 do CEB é apresentado por Schlaich e Weischede um método que
permite calcular qualquer tipo de estrutura de concreto armado. A idéia constitui-se em dividir
a estrutura em elementos que sĂŁo dimensionados separadamente e depois unidos. Os autores
elaboraram um catĂĄlogo onde sĂŁo encontrados diversos tipos de elementos apresentando
condiçÔes de contorno diferenciadas e submetidos Ă s mais variadas solicitaçÔes. Com o auxĂlio
desse catĂĄlogo pode-se determinar a melhor maneira de proceder Ă divisĂŁo e escolha dos
elementos mais apropriados para cada situação. A partir das trajetórias das tensÔes principais,
determinadas pela Teoria da Elasticidade, uma treliça isoståtica båsica, a qual pode ser
refinada, se necessårio, é associada a cada elemento. A treliça em questão permite o
dimensionamento Ă ruptura (Schlaich e Weischede, 1982).
48
2.13.2 - Método da Analogia da Treliça
As fĂłrmulas desenvolvidas com base na analogia da treliça avaliam a resistĂȘncia Ășltima
das vigas-parede submetidas a cargas concentradas ou distribuĂdas aplicadas no bordo
superior, considerando vårios mecanismos de ruptura. Na dedução das equaçÔes, vårias
hipĂłteses sĂŁo admitidas. A carga correspondente Ă ruĂna da viga Ă© determinada a partir da
anålise da ruptura de cada um dos elementos da treliça. Pode ocorrer ruptura do banzo
tracionado ou ruptura das diagonais comprimidas (Kumar, 1976).
2.13.3 - FĂłrmula de Kong
F. K. Kong, P. J. Robins, A. Singh e G. R. Sharp (1972) propuseram uma fĂłrmula
baseada nos resultados experimentais de 135 vigas-parede simplesmente apoiadas, incluindo
vigas de concreto leve, submetidas a cargas aplicadas no bordo superior, para determinação do
esforço cortante Ășltimo em tais vigas. A fĂłrmula relaciona as principais variĂĄveis que
influenciam na resistĂȘncia ao cisalhamento e estabelece que tal resistĂȘncia Ă© obtida superpondo-
se as resistĂȘncias oferecidas pelo concreto e pela armadura.
2.13.4 - MĂ©todo apresentado no Guia 2 da CIRIA
O Guia 2 da CIRIA apresenta as âRegras Simplesâ para vigas-parede submetidas a
carga uniformemente distribuĂda e as âRegras Suplementaresâ para as submetidas a cargas
concentradas, carregamento indireto e apoios indiretos. Contudo, serĂŁo consideradas aqui
somente as regras utilizadas para as vigas submetidas a cargas concentradas no bordo superior.
Para vigas-parede com " ha †1.5, onde ha é o menor valor entre h e " , de acordo
com as recomendaçÔes da CIRIA, nĂŁo se torna necessĂĄria a verificação da resistĂȘncia do
concreto na regiĂŁo comprimida devido Ă flexĂŁo. A capacidade resistente da viga pode ser
limitada pelas tensĂ”es admissĂveis no apoio. Se " ha â„ 1.5, o momento aplicado deve satisfazer
49
a equação abaixo, na qual M Ă© o momento aplicado e f c' Ă© a resistĂȘncia cilĂndrica Ă
compressĂŁo do concreto.
M < 0.12 f c' b ha
2 (2.1)
A armadura principal de tração é calculada pela expressão As = Mf zsy
, onde f sy Ă© a
tensão de escoamento do aço utilizado. Para vigas-parede biapoiadas, o braço de alavanca z
entre as resultantes de tração e de compressão é obtido de forma aproximada no regime
elåstico, através da expressão (2.2) abaixo:
z = 0.2" + 0.4ha para " / h < 2.0 (2.2)
O esforço de tração T a ser resistido pela armadura principal é obtido, então, pela
expressĂŁo
T = M
z (2.3)
A resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento nĂŁo Ă© a mesma se a carga estiver aplicada no
bordo superior, no bordo inferior, ou de maneira indireta. Deve-se verificar a interação dos
carregamentos combinados.
A carga Ășltima para vigas-parede com cargas concentradas aplicadas no bordo superior
Ă© obtida por meio da fĂłrmula (2.4), similar Ă FĂłrmula de Kong. Os valores dados aos
coeficientes C1 e C2 abaixo são nominais, não havendo a incorporação de nenhum coeficiente
de segurança, pois a procura estĂĄ sendo pelo esforço Ășltimo nominal.
Vu = C1 1 0 35â
. 'x
hf bh
ac a
+ C2 Ay
h
n
a1
2â sen α (2.4)
50
na qual Vu = esforço cortante Ășltimo em N;
C1 = coeficiente empĂrico igual a 1.4 para concreto normal e 1.0 para concreto leve;
C2 = coeficiente empĂrico igual a 130 N/mm2 para barras lisas e 300 N/mm2 para
barras nervuradas;
A = ĂĄrea, em cm2 , da barra que intercepta a linha que liga a face interna do apoio Ă
face externa da placa de aplicação de carga, denominada diagonal crĂtica;
n = nĂșmero total de barras que interceptam a linha definida acima, incluindo as
barras da armadura principal;
α = Ăąngulo formado entre a barra e a diagonal crĂtica (α †Ï/2);
y = distùncia do ponto de interseção de cada barra da armadura com a diagonal
crĂtica ao bordo superior, mostrada na Fig. 2.34.
A carga Ășltima total (PU) Ă© dada por 2Vu.
x
BARRA DAARMADURA
αh
y
Figura 2.34 - Definição dos parùmetros da Equação (2.4).
A fĂłrmula representada pela Eq. 2.4 relaciona as principais variĂĄveis que influenciam
na resistĂȘncia ao cisalhamento e estabelece que a resistĂȘncia ao cisalhamento da viga Ă© obtida
superpondo-se as resistĂȘncias oferecidas pelo concreto e pela armadura. A contribuição do
concreto estå representada pelo primeiro termo da equação. A quantidade C 1 f c' bha é uma
medida da capacidade da biela comprimida entre o apoio e o ponto de aplicação de carga. O
51
termo 1 0 35â
.
x
ha
representa a influĂȘncia da relação x
ha
. A contribuição da armadura estå
representada pelo segundo termo da equação. Quando o vão de cisalhamento é muito pequeno
Ă© provĂĄvel que as tensĂ”es admissĂveis no apoio limitem a resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento.
2.13.5 - RecomendaçÔes do CEB-FIP (1978)
Ă recomendado pelo CEB-FIP, para o dimensionamento de vigas-parede simplesmente
apoiadas submetidas a qualquer tipo de carregamento, um método de cålculo no qual a
resistĂȘncia Ă flexĂŁo Ă© tratada mais detalhadamente do que a de cisalhamento.
O cålculo da armadura principal de tração é feito a partir da determinação do braço de
alavanca z entre as forças resultantes de tração e de compressão, de forma aproximada no
regime elåstico, através das expressÔes
z = 0.2 (" + 2h) para 1 †" / h < 2
(2.5)
z = 0.6 " para " / h < 1
O esforço de tração T a ser resistido pela armadura é obtido, então, pela expressão
T = M
z (2.6)
onde M Ă© o momento fletor mĂĄximo.
A resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento deve ser limitada ao menor dos valores obtidos
pelas duas expressÔes a seguir:
V u cbhf= 0 10. '
(2.7)
V u cblf= 0 10. '
52
O mĂ©todo visa a segurança das vigas-parede com respeito ao estado limite Ășltimo e aos
estados limites de utilização (principalmente o estado de fissuração).
2.13.6 - MĂ©todo apresentado pelo CĂłdigo Canadense CAN3-A23.3-M84
2.13.6.1 - Proposta e idéia
O Código Canadense de Concreto permite, para cisalhamento, o uso de dois métodos
de projeto alternativos: o método simplificado e o método geral. Para membros estruturais
como as vigas-parede, contudo, só é permitido o uso do método geral, o qual é baseado na
teoria do campo de compressão, nos conceitos de plasticidade e nos modelos de treliça.
A resistĂȘncia de membros em cisalhamento ou em cisalhamento combinado com torção
pode ser determinada satisfazendo-se as condiçÔes aplicĂĄveis de equilĂbrio e de compatibilidade
de deformaçÔes, e pelo uso apropriado das relaçÔes de tensão-deformação para a armadura e
para o concreto fissurado diagonalmente. As dimensÔes da seção transversal devem ser
escolhidas de modo a garantir que o concreto fissurado diagonalmente seja capaz de resistir Ă s
tensÔes compressivas inclinadas. Armaduras longitudinal e transversal capazes de equilibrar
este campo de compressĂŁo diagonal devem ser providenciadas (Collins e Mitchell, 1986).
2.13.6.2 - CondiçÔes apresentadas pelo código
a. ResistĂȘncia Ă flexĂŁo - Para projeto de flexĂŁo, a viga-parede Ă© definida como uma viga na
qual a relação "0 /h é menor do que 1.25, no caso de vigas simplesmente apoiadas, e, menor
do que 2.5, para vigas contĂnuas.
b. Armadura mĂnima de tração - A taxa de aço da armadura principal (Ïs) nĂŁo deve ser
menor do que Ï min da Eq. 2.8 abaixo:
Ï min = 1.4 /f sy (2.8)
53
onde
Ï min = A bds , As Ă© a ĂĄrea da armadura principal de tração, b Ă© a espessura da viga, d
Ă© a altura Ăștil e f sy Ă© a resistĂȘncia do aço, dada em N/mm2.
c. Armadura de alma - Um sistema de armadura de alma ortogonal Ă© requerido, com barras
em cada face. A ĂĄrea mĂnima de armadura horizontal e vertical deve satisfazer a Eq. 2.9:
A bsv v â„ 0.2% (2.9.a)
A bsh h â„ 0.2% (2.9.b)
onde
Av é a årea total da armadura de alma vertical dentro do espaçamento sv , o qual não
deve exceder d/5 e nem 300 mm, e Ah Ă© a ĂĄrea total da armadura de alma horizontal dentro
do espaçamento sh , o qual não deve exceder d/3 e nem 300 mm.
d. ResistĂȘncia ao cisalhamento - O CĂłdigo Canadense usa o conceito de relação vĂŁo de
cisalhamento/altura da viga e não o de relação vão/altura. As provisÔes para cisalhamento se
aplicam Ă quelas partes do membro estrutural, nas quais:
i. A distùncia do ponto de cisalhamento zero até a face do apoio é menor do que 2d; ou
ii. A carga que causa mais do que 50 % do cisalhamento num apoio Ă© localizada a menos de
2d da face do apoio.
Os cålculos são baseados no modelo de treliça consistindo de bielas e tirantes,
conforme mostrado na Figura 2.35. Os parĂąmetros presentes nesta Figura serĂŁo definidos a
seguir.
A menos que uma armadura especial de confinamento seja providenciada, as tensÔes
compressivas do concreto nas zonas nodais, definidas como as regiÔes nas quais hå o encontro
de bielas e tirantes (Figura 2.35), nĂŁo devem exceder, em projeto: 0.85Ï c cf ' em zonas nodais
contornadas somenter por bielas de compressĂŁo; 0.75Ï c cf ' em zonas nodais ancorando um
tirante, ou 0.60Ï c cf ' em zonas nodais ancorando tirantes em mais de uma direção, onde Ï c Ă©
54
um fator de resistĂȘncia do material, igual a 0.6 para concreto, e fc' Ă© a resistĂȘncia Ă compressĂŁo
cilĂndrica do concreto.
Fluxo de forças Vista da extremidade Modelo de treliça (a) (b) (c)
Figura 2.35 - Modelo de bielas e tirantes para uma viga-parede.
As condiçÔes limites de tensão das zonas nodais, juntamente com as condiçÔes de
equilĂbrio, determinam a geometria da treliça, tal como a altura das zonas nodais e as forças
agindo nas bielas e tirantes. A principal armadura de tração é determinada a partir da força do
tirante. Essas barras da armadura devem ser efetivamente ancoradas para transferir a tração
requerida para as zonas nodais inferiores da treliça, para garantir o equilĂbrio. O cĂłdigo, entĂŁo,
requer a checagem das bielas contra um possĂvel esmagamento do concreto, conforme abaixo:
f f max2 2< (2.10)
onde
f2 Ă© a tensĂŁo mĂĄxima na biela de concreto, e f max2 Ă© a resistĂȘncia ao esmagamento
diagonal do concreto, dada por:
f max2 = λ Ï c cf ' / (0.8 + 170 Δ 1) (2.11)
55
onde λ é um fator de modificação para levar em conta o tipo de concreto, (λ = 1.0 para
concreto normal) e Δ 1é a deformação principal de tração, cruzando a biela. A Eq. 2.11
considera o fato de que a existĂȘncia de uma grande deformação principal de tração reduz
consideravelmente a habilidade do concreto de resistir às tensÔes de compressão.
Para propósitos de projeto, Δ 1 pode ser computada como:
Δ Δ Δ Ξ120 002= + +x x tg( . ) (2.12)
onde
Δ x é a deformação longitudinal do aço e Ξ é o ùngulo de inclinação das tensÔes
diagonais de compressĂŁo com o eixo longitudinal do membro (Figura 2.35).
2.13.7 - RecomendaçÔes do ACI 318-95
Ao contrårio do método proposto pelo CEB-FIP (1978), o ACI considera mais
detalhadamente a resistĂȘncia ao cisalhamento. As fĂłrmulas propostas, para o dimensionamento
ao cortante apenas, aplicam-se Ă s vigas-parede simplesmente apoiadas sujeitas a cargas
aplicadas no bordo superior e consideram os principais fatores que influenciam essa resistĂȘncia.
A resistĂȘncia total Ă© dada a partir da superposição das resistĂȘncias oferecidas pelo concreto e
pela armadura de alma.
A tensão de cisalhamento resistida pelo concreto (vc) é determinada a partir da equação
abaixo:
v c = 3 5 2 5. .â
M
V du
u
0158 2500. 'fV d
Mc s
u
u
+
Ï â€ 0.5 fc
' (2.13)
na qual deve-se ter
3 5 2 5. .â
M
V du
u
†2.5 (2.14)
56
e M u e V u (momento fletor Ășltimo e esforço cortante Ășltimo, respectivamente) calculados na
seção crĂtica situada, para cargas concentradas, no centro da distĂąncia horizontal entre o ponto
de aplicação da carga e a face interna do apoio, e, para cargas distribuĂdas, a 0.15" 0 a partir
da face interna do apoio.
Na Eq. (2.13) deve-se utilizar f c' em N/mm2, obtendo-se vc também em N/mm2.
O segundo termo entre colchetes da Eq. (2.13) representa o esforço cortante
correspondente à formação da primeira fissura inclinada e o primeiro termo representa a
capacidade resistente da viga acima do esforço cortante responsåvel pela formação da fissura
referida anteriormente.
A tensĂŁo total de cisalhamento (vu) Ă© dada por
v u = V
bdu (2.15)
Deve-se ter
v u †0.67 fc' para
l
d0 < 2
(2.16)
v u †1
18 (10 +
l
d0 ) fc
' para 2 †l
d0 †5
Nas Eqs. (2.16), f c' deve ser dado em N/mm2, obtendo-se vu também em N/mm2.
Quando a tensĂŁo v c Ă© menor do que a tensĂŁo v u , a armadura de alma deve ser tal que
a equação abaixo seja satisfeita:
( )A
s
l d A
s
l d v v b
fv
v
h
h
u c
y
1
12
11
120 0+
+â
=â/ /
(2.17)
57
onde
f y = tensĂŁo de escoamento da armadura de alma;
sv = espaçamento entre os estribos verticais;
sh = espaçamento entre os estribos horizontais;
Av = årea dos estribos verticais no espaçamento sv ;
Ah = årea dos estribos horizontais no espaçamento sh .
A contribuição da armadura de alma, avaliada pela Eq. (2.17), é desenvolvida levando-
se em conta o encaixe do agregado ao longo de uma fissura inclinada conhecida e
considerando o coeficiente de atrito igual a 1 (um).
O uso da armadura de alma Ă© obrigatĂłrio e ela deve ser disposta de maneira a formar
uma malha ortogonal, observando-se os valores mĂnimos recomendados.
2.13.8 - Método do Caminho da Força Compressiva
2.13.8.1 - Proposta e idéia
Ă proposto por Kotsovos (1988) o dimensionamento de uma viga-parede a partir do
conceito do âcaminho da força compressivaâ, que estabelece que a capacidade de suporte de
carga de uma viga estĂĄ associada com a resistĂȘncia do concreto na regiĂŁo do caminho ao longo
do qual a força de compressão é transmitida aos apoios.
No mĂ©todo em questĂŁo, Ă© feito um equilĂbrio de forças e de momento, a partir de um
modelo de bielas e tirantes.
58
2.13.8.2 - Modelagem da viga-parede
O fluxo de tensÔes de compressão possui uma parte horizontal e outra inclinada, ou
seja, Ă© bilinear, e Ă© considerado ter uma seção transversal retangular com uma espessura igual Ă
espessura da viga. A altura da porção horizontal pode ser avaliada de forma tal que a força de
compressão se iguale à força suportada pela armadura de tração.
Uma altura razoåvel para o fluxo de tensÔes da parte inclinada é considerada ser a/3,
onde a Ă© o vĂŁo de cisalhamento; se a/3 for menor do que a largura efetiva do apoio, deve ser
substituĂdo pela largura do apoio. Na Figura 2.36 encontra-se o modelo proposto para vigas-
parede sob (a) uma carga concentrada e (b) duas cargas concentradas e/ou carregamento
uniforme. Na referida figura, C representa a força de compressão na biela horizontal, T
representa a força de tração na armadura principal e x representa a altura da biela horizontal.
(a) (b)
Figura 2.36 - Modelo para uma viga-parede sob a ação de(a) uma carga concentrada e(b) duas cargas concentradas e/ou carregamento uniforme.
59
2.13.8.3 - MĂ©todo de projeto
Uma viga-parede irå suportar a ação de uma carga aplicada se as açÔes internas
resultantes puderem ser seguramente sustentadas pelos membros do modelo proposto. O
objetivo do procedimento de projeto, portanto, deve ser o de obter as dimensÔes desses
membros.
Para o caso de dois pontos de carga, tem-se o seguinte procedimento:
a. Assumindo que b e d são dados, avalie a altura (x) da porção horizontal do fluxo de tensÔes
de compressĂŁo, satisfazendo a condição de equilĂbrio do momento em relação Ă intersecção
das direçÔes da reação de apoio e da armadura principal de tração. Se a condição citada não
puder ser satisfeita com os valores de b e d fornecidos, os mesmos devem ser ajustados;
b. Considerando que a armadura de tração escoa antes que a capacidade de carga da porção
horizontal do fluxo de tensÔes é alcançada, avalie a quantidade de armadura de tração
requerida para satisfazer a condição de equilĂbrio das açÔes internas horizontais;
c. Cheque se a componente vertical da força compressiva suportada pela porção inclinada do
fluxo de tensÔes é maior do que a força externa resistida pelo fluxo no apoio ou igual à mesma.
Se nĂŁo, ajuste b e repita o processo.
O procedimento descrito acima estĂĄ ilustrado na Figura 2.37. O mesmo procedimento
pode ser estabelecido para o caso de uma viga-parede biapoiada submetida a um carregamento
uniformemente distribuĂdo, transformando-se esse carregamento em duas cargas concentradas
equivalentes ao mesmo, aplicadas a 1/3 e a 2/3 do vĂŁo da viga. Na figura, Ï Ă© o Ăąngulo que
mede o declive da biela inclinada em relação Ă horizontal, definido pela geometria (tg Ï = z/a).
60
a) EquilĂbrio de momentos: Cz = Pa gera x;b) EquilĂbrio das forças horizontais: T = C gera As ;
c) Checar se a/3 satisfaz o equilĂbrio de forças verticais: CÏ senÏ = PSe nĂŁo, ajustar b e repetir o processo.
Figura 2.37 - Procedimento para dimensionamento de uma viga-parede.
2.13.9 - MĂ©todo de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas Segundo Subedi
2.13.9.1 - Proposta e idéia
Ă proposto por Subedi (1988) um mĂ©todo geral, baseado no equilĂbrio de forças na
ruptura numa seção da viga entre o apoio e o bordo interno da placa sobre a qual a carga estå
aplicada, para a anålise de vigas-parede de concreto armado, biapoiadas e de seção transversal
retangular. A principal suposição nessa anålise é a de que as vigas-parede rompem
predominantemente pelo desenvolvimento de fissuras ao longo de um plano entre a carga e o
apoio. O mĂ©todo prevĂȘ o modo de ruptura da viga, considerado ser flexĂŁo, flexĂŁo-
cisalhamento ou cisalhamento (fendilhamento diagonal), avalia a contribuição da armadura
principal, determina se o controle da resistĂȘncia da alma Ă© feita pelo concreto ou pelo aço e
sua respectiva contribuição, e obtĂ©m a carga Ășltima.
61
2.13.9.2 - Descrição
A previsĂŁo do modo de ruptura e da carga Ășltima Ă© sugerida a partir de trĂȘs estĂĄgios.
Abaixo, segue-se um roteiro para a obtenção dessa previsão. O Estågio II serå descrito
posteriormente de forma detalhada e o EstĂĄgio III serĂĄ complementado. A anĂĄlise do EstĂĄgio
I, por ser bem conhecida do projeto de vigas comuns, nĂŁo serĂĄ mais discutida.
EstĂĄgio I
(i) Assuma o modo de ruptura: flexĂŁo;
(ii) Use compatibilidade de deformaçÔes;
(iii) Determine a carga Ășltima Pu1 .
EstĂĄgio II
(i) Assuma o modo de ruptura: flexĂŁo-cisalhamento ou fendilhamento diagonal;
(ii) Use o critĂ©rio mostrado na Tabela 2.4 para determinar se a resistĂȘncia de alma Ă©
controlada pelo concreto ou pela armadura;
(iii) Determine, a partir do equilĂbrio das forças horizontais, a altura da zona de
compressĂŁo;
(iv) Use o critério apresentado na Tabela 2.5 para determinar o modo de ruptura:
flexĂŁo-cisalhamento ou fendilhamento diagonal (cisalhamento);
(v) Determine a contribuição da armadura principal;
(vi) Determine a carga Ășltima Pu2 .
Pu1 e Pu2 devem ser comparados: o menor valor darĂĄ a carga Ășltima prevista PU e o
correspondente modo de ruptura.
EstĂĄgio III
Para a carga Ășltima prevista, as tensĂ”es na placa sob as cargas aplicadas e as tensĂ”es no
apoio devem ser checadas e mantidas dentro de limites aceitĂĄveis.
62
MĂ©todo proposto para a anĂĄlise do EstĂĄgio II
Na Figura 2.38 é mostrada uma seção de uma viga-parede. A seção transversal consiste
de uma zona de compressĂŁo, de altura tc , de uma zona de cisalhamento de altura hw e de uma
zona de tração localizada entre o bordo inferior da viga e o centróide da armadura principal.
As forças que mantĂ©m a seção em equilĂbrio sĂŁo:
Ftc - Força de fendilhamento diagonal normal ao plano de ruptura e que depende do limite
de resistĂȘncia Ă tração f tc . Sua componente horizontal Ă© igual Ă f bhtc we a vertical Ă f bxtc ;
Pc - Força compressiva na região superior da viga;
V - Força de cisalhamento vertical;
Pst - Força trativa horizontal, a qual consiste na contribuição da armadura principal de tração;
Ph e Pv - Forças horizontal e vertical, respectivamente, devidas à armadura de alma;
PU/2 - Reação de apoio.
Por equilĂbrio de momentos, a carga Ășltima PU pode ser expressa por:
Ph x h t
xbf
h t
xP
h t
xP
x
xPU
w w ctc
w cst
w ch v=
+ ++
++
++
( ) ( ) ( )' ' ' '
2 2 2 (2.18)
A altura tc Ă© calculada atravĂ©s do equilĂbrio das forças horizontais, supondo-se um
bloco retangular de tensÔes de intensidade 0.67f c' ,
onde
f c' - resistĂȘncia cilĂndrica Ă compressĂŁo do concreto;
xâ - distĂąncia entre o centro do apoio ao bordo da placa de carregamento;
x - vĂŁo livre de cisalhamento.
Como a armadura de alma passa por compatibilidade de deformaçÔes, a componente
horizontal total da força de fendilhamento do concreto vale f bh A ftc w h s+ e a vertical vale
f bx A ftc v s+ , onde f sé a razão modular (E Es c ) multiplicada por f tc . Ah e Av são as åreas
das barras horizontais e verticais, respectivamente, que cruzam o plano de ruptura inclinado.
63
Figura 2.38 - AnĂĄlise de uma viga-parede: equilĂbrio de forças.
Teste f bh A ftc w h s+ f bx A ftc v s+ ResistĂȘncia da alma Ă© controlada
1 < A fh wy < A fv wy pela armadura
2 >ou >A fh wy
ou <
> < A fv wy
>
pelo concreto
Tabela 2.4 - CritĂ©rio para teste de controle da resistĂȘncia de alma.
Teste HSP(componente horizontal da força de
fendilhamento de alma)
Modo de rupturaprevisto
Contribuiçãoda armadura
principal
1> A fs sy
(ou seja, a armadura principal escoa)
flexĂŁo-cisalhamento
A fs sy
2
< A fs sy
(ou seja, a armadura principal nĂŁo Ă©completamente efetiva)
fendilhamentodiagonal
(cisalhamento)HSP
Tabela 2.5 - Critério para teste do modo de ruptura:flexão-cisalhamento ou fendilhamento diagonal (cisalhamento).
64
Os critĂ©rios para teste de controle da resistĂȘncia da alma e para a obtenção do modo de
ruptura estão expostos na Tabela 2.4 e na Tabela 2.5, respectivamente. O critério apresentado
na Tabela 2.4 irĂĄ determinar os componentes horizontal e vertical apropriados (HSP e VSP,
respectivamente) da força de fendilhamento de alma e o critério apresentado na Tabela 2.5 irå
determinar a contribuição da armadura principal. Nas referidas tabelas, f wy significa a tensão
de escoamento da armadura de alma, f sy significa a tensĂŁo de escoamento da armadura
principal e As representa a årea da armadura principal de tração.
Carga Ășltima (PU)
A carga Ășltima Ă© calculada pela Eq. (2.18). Os vĂĄrios parĂąmetros da equação fazem
contribuiçÔes apropriadas para um caso especĂfico de uma viga. HĂĄ quatro situaçÔes possĂveis,
as quais sĂŁo as seguintes:
Modo de ruptura
Controle da resistĂȘncia de alma
flexĂŁo--cisalhamento
fendilhamentodiagonal
(cisalhamento)
pelo concretoP A f
P A f
P A f
st s sy
h h s
v v s
=
==
;
;
.
P f bh A f
P A f
P A f
st tc w h s
h h s
v v s
= +==
;
;
.
pela armadura
P A f
P A f
P A f
st s sy
h h wy
v v wy
=
=
=
;
;
.
λλ
1
2
f tc nĂŁo contribuirĂĄ.
P A f
P A f
P A f
st h wy
h h wy
v v wy
=
=
=
λλλ
1
1
2
;
;
.
f tc nĂŁo contribuirĂĄ.
Tabela 2.6 - Apresentação das quatro situaçÔes possĂveis de contribuição dos diversos parĂąmetros na carga Ășltima.
Na Tabela 2.6 acima, λ1 e λ 2 são fatores que dependem da razão h xw e da
armaduraAh e Av .
65
Limite de tensÔes para anålise no Estågio III
No caso das ĂĄreas de apoio com armadura adicional de confinamento, como, por
exemplo, armadura de fretagem, Ă© considerado que uma tensĂŁo limite de 0.85f c' sob a carga
aplicada e de 0.70f c' sobre a ĂĄrea de suporte (apoio) da viga seria apropriada para propĂłsito
de avaliação da carga de ruptura. Subedi (1988), contudo, salienta que esses valores não são
recomendaçÔes de projeto.
2.13.10 - Método do Modelo de Treliça com Amolecimento
2.13.10.1 - Proposta e idéia
Mau e Hsu (1987) propĂ”em, inicialmente, para cĂĄlculo da carga Ășltima de vigas-
parede, um mĂ©todo iterativo numĂ©rico baseado nas condiçÔes de equilĂbrio, de compatibilidade
e na relação tensão-deformação de um elemento de cisalhamento, levando-se em conta o
processo de âamolecimentoâ (softening) do concreto. Este elemento, que se encontra
apresentado na Figura 2.39, estå sujeito às tensÔes mostradas na Figura 2.40, na qual p é a
tensĂŁo de compressĂŁo efetiva (efeito da compressĂŁo transversal) e v Ă© a tensĂŁo de
cisalhamento média. Nota-se que quanto maior a relação a/h, menor é o valor de p, dando a
mesma força cisalhante V. Portanto, p pode ser desenvolvida como uma função de V e a/h.
Ainda na Figura 2.40, α é o ùngulo de inclinação da biela em relação ao eixo " , o qual
representa a direção longitudinal (horizontal); f" e f t simbolizam, respectivamente, a tensão
na armadura longitudinal e na armadura transversal; Ïd e Ïr representam, respectivamente, a
tensĂŁo normal na direção principal d e a tensĂŁo normal na direção principal r . Ï"c e Ïtc sĂŁo a
tensĂŁo normal no concreto na direção " e t , respectivamente; Ï"tc Ă© a tensĂŁo de cisalhamento
no concreto, no sistema de coordenadas " -t; Ï"s e Ïts representam, respectivamente, a tensĂŁo
normal total na armadura longitudinal (horizontal) e a tensĂŁo normal total na armadura
transversal (vertical). As direçÔes d, r, " e t (transversal) estão mostradas na Figura 2.40. Na
Figura 2.39, a altura efetiva do elemento de cisalhamento dv Ă© tomada como a distĂąncia entre
66
o centróide do aço de compressão e o centróide do aço de tração. Quando não existe
armadura de compressĂŁo na viga-parede, a altura dv Ă© estimada em 0.9d.
Figura 2.39 - Definição de sĂmbolos e do elemento de cisalhamento.
Figura 2.40 - CondiçÔes de tensÔes no elemento de cisalhamento.
Contudo, pelo fato de a solução iterativa não ser conveniente para projetos pråticos, foi
desenvolvida pelos mesmos pesquisadores (Mau e Hsu, 1989) uma fórmula de aplicação
imediata, a partir das trĂȘs equaçÔes de equilĂbrio, para cĂĄlculo da resistĂȘncia ao cisalhamento
67
de vigas-parede biapoiadas, submetidas a um carregamento aplicado no bordo superior,
levando em conta os principais fatores de influĂȘncia na resistĂȘncia. Os principais fatores
considerados sĂŁo a/h (vĂŁo de cisalhamento/altura total da viga), fc' (resistĂȘncia do concreto),
resistĂȘncia do aço, Ï t (taxa geomĂ©trica de armadura transversal) e Ï l (taxa geomĂ©trica de
armadura longitudinal total). Estes fatores sĂŁo expressos em termos de quatro variĂĄveis. As
constantes na fĂłrmula sĂŁo entĂŁo calibradas usando os dados de testes disponĂveis na literatura.
2.13.10.2. - FĂłrmula para cĂĄlculo da resistĂȘncia ao cisalhamento
Uma fĂłrmula adimensional foi obtida atravĂ©s do uso das equaçÔes de equilĂbrio
somente e manipulação de parùmetros. A fórmula inclui quatro constantes que foram
calibradas utilizando-se resultados experimentais, chegando-se Ă seguinte fĂłrmula explĂcita:
( ) ( ) ( )( )Ï max
cl l l tf
K w K w w w'
. . . . .= + + + + + +
â€1
20 03 0 03 4 0 03 0 03 0 32 2
(2.19)
com as limitaçÔes
wl = Ï l ly cf fâ ' †0.26 e wt = Ï t ty cf fâ ' †0.12
e onde
K = 2 dv / h 0 < a/h †0.5 (2.20)
K = d
h
h
av 4
3
1
2â
0.5 < a/h †2 (2.21)
K = 0 a/h > 2 (2.22)
Os parĂąmetros Ï max, wl , wt , fly e fty , utilizados acima, encontram-se definidos no
item 2.6.
A fĂłrmula (Eq. 2.19) foi calibrada a partir de dados experimentais disponĂveis dentro
dos seguintes intervalos:
68
a. 0.95 †"0
d†3.3;
b. 0 †( / ) .Ï wl wl hA bs= †0 0091;
c. 0.0018 â€ Ï t †0.0245;
d. 0 â€ Ï s' †0.92%;
e. fc' prĂłximo a 21 MPa (3000psi);
onde
Ï wl - taxa geomĂ©trica de armadura longitudinal de alma;
Awl - ĂĄrea de armadura longitudinal de alma;
Ï s' - taxa geomĂ©trica de armadura de compressĂŁo.
As vigas-parede utilizadas na calibração das constantes eram biapoiadas, carregadas no
bordo superior por forças concentradas e romperam por cisalhamento.
A força de cisalhamento Ășltima (VU ) pode ser calculada por:
V U =Ï maxâ bâ dv (2.23)
No cålculo da porcentagem de aço longitudinal do elemento de cisalhamento, a
armadura longitudinal principal de tração (inferior) e a de compressão (superior) são também
incluĂdas.
2.13.11 - MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado
2.13.11.1 - Proposta e idéia
Ă proposta por Siao (1993) uma equação para o cĂĄlculo da carga Ășltima de
cisalhamento de vigas-parede, a partir de um modelo de bielas e tirantes refinado, através do
equilĂbrio das forças apresentadas no modelo.
69
2.13.11.2 - Descrição
Na Figura 2.41 estĂĄ apresentado o caminho de carga convencional numa viga-parede
submetida à atuação de duas cargas concentradas aplicadas no bordo superior. A reta AB
representa o eixo da biela inclinada, cuja força de compressão é Fc e cujo ùngulo formado com
a horizontal é Ξ. Na Figura 2.42 encontra-se o respectivo sistema de bielas e tirantes refinado.
Desta Ășltima figura, tem-se:
FF V
sen
V
sent
c= = ='
2
1
2 2 4Ξ Ξ
onde
Ft - força resultante das tensÔes de tração;
Fcâ - força resultante das tensĂ”es de compressĂŁo;
V - força de cisalhamento na viga.
EntĂŁo, supondo-se z = 0.9d, a tensĂŁo de tração (f tâ) cuja direção forma um Ăąngulo
reto com AB Ă©:
fF
bz
F
bdtt t'
sen
sen
.= =
2 2
0 9ΞΞ
Assim, tem-se:
V f bdU t= 18.
onde
a resistĂȘncia Ă tração por fendilhamento do concreto, f t , vale 6 96. 'f c (psi), equivalendo a
0.578 f c' (MPa), de acordo com a Tabela de ConversĂŁo de Unidades apresentada no inĂcio
do presente trabalho.
Quando a armadura de alma estå presente, obtém-se:
V f bd nU c h v= + +105 1 2 2. [ ( sen cos )]' Ï Îž Ï Îž (Unidades do SI) (2.24)
onde
n - razão modular entre o aço da armadura de alma e o concreto (E Es c );
Ï Ïh v, - taxa geomĂ©trica de armadura de alma horizontal e vertical, respectivamente.
70
O segundo termo da Eq. (2.24) leva em conta a presença da armadura de alma, a qual é
suposta ter uma deformação similar àquela do concreto antes da fissuração.
Para o cĂĄlculo da resistĂȘncia Ășltima Ă flexĂŁo, Siao (1995) sugere que se faça o
equilĂbrio de momentos das forças externas e das forças internas, e que z tenha o valor de d.
Figura 2.41 - Modelo convencional de bielas e tirantes para uma viga-paredesob a atuação de carregamento concentrado no bordo superior.
Figura 2.42 - Modelo de bielas e tirantes refinado para uma viga-paredesob a atuação de duas cargas concentradas no bordo superior.
CAPĂTULO III
3. APRESENTAĂĂO DAS 37 VIGAS-PAREDE CONSIDERADAS
Neste capĂtulo serĂŁo apresentadas as caracterĂsticas do total de 37 vigas-parede
ensaiadas no LaboratĂłrio de Estruturas e Materiais (L.E.M.) da PUC-Rio por GuimarĂŁes
(1980), Vasconcelos (1982) e Velasco (1984). O objetivo é a obtenção de informaçÔes
comparativas relacionadas Ă s mesmas, com o respaldo da literatura atualizada.
A Tabela 3.1 apresenta tĂtulo, autor(a) e objetivo dos trĂȘs trabalhos de base teĂłrico-
experimental referidos acima, além da anålise feita e das principais variåveis consideradas nos
mesmos. Todas as vigas ensaiadas foram submetidas à ação de duas cargas concentradas
aplicadas a 1/3 e a 2/3 do vão teórico, com exceção das vigas que apresentavam "/h = 2.0, as
quais foram submetidas a um carregamento uniformemente distribuĂdo.
As nomenclaturas originais das 37 vigas nĂŁo foram mantidas. Optou-se por uma
notação mais uniformizada, sistemåtica, apresentada a seguir.
No prĂłximo capĂtulo, os mĂ©todos de cĂĄlculo descritos no CapĂtulo II serĂŁo aplicados a
essas vigas, visando a obtenção de um mĂ©todo que gere resultados de carga Ășltima os mais
prĂłximos possĂveis dos encontrados experimentalmente.
72
TĂTULO DOTRABALHO
E AUTOR(A)
ANĂLISE OBJETIVOPRINCIPAISVARIĂVEIS
âAnĂĄlise Experimentalde Vigas-Parede deConcreto Armado
Enrijecidas por PilaresLateraisâ.
Giuseppe B. GuimarĂŁes
SĂŁo analisadas novevigas-parede sujeitas a
duas cargasconcentradas.
Investigar a influĂȘnciado enrijecimento dosapoios proporcionado
por pilares lateraissobre o
comportamento eresistĂȘncia de tais
vigas.
DimensÔes daseção transversal
dos pilares e ataxa geométrica
de armadura.
âEstudo TeĂłrico-Experimental de Vigas-
Parede de ConcretoArmado com
Enrijecimento dosApoiosâ.
José Roberto G. deVasconcelos
SĂŁo analisadas dezesseisvigas-parede: as com
"/h = 2.0 foramsubmetidas a um
carregamentouniformemente
distribuĂdo, e as demais,com "/h = 1.5, foram
submetidas a duascargas concentradas.
Investigar o efeito doenrijecimento dosapoios laterais na
resistĂȘncia Ășltima, nasdeformaçÔes e na
abertura edesenvolvimento defissuras de vigas-
parede.
DimensÔes daseção transversal
dos apoios,armadura de
alma, tipos decarregamento e
relaçãovão/altura da
viga ("/h).
âInfluĂȘncia da Espessurada Alma no
Comportamento deVigas-Parede de
Concreto Armadoâ.
Marta de S. L. Velasco
Foram ensaiadas até aruptura doze vigas-
parede sujeitas a duascargas concentradas.
Fornecimento dedados sobre ainfluĂȘncia daespessura no
comportamento devigas-parede.
Taxa geométricada armadura,
enrijecimento dosapoios, relação
vĂŁo/altura eespessura da
viga.
Tabela 3.1 - SĂ©ries de vigas-parede de concreto armado, biapoiadas,sujeitas a carregamento no bordo superior, analisadas na PUC-Rio.
3.1 - NOTAĂĂO DAS VIGAS
Neste trabalho foi criada, para as 37 vigas, uma notação uniformizada, de modo que
atravĂ©s dela certas caracterĂsticas de cada viga, como a geometria, a taxa geomĂ©trica de
73
armadura principal e a presença ou nĂŁo de armadura de alma ficassem explĂcitas. As vigas
foram divididas em dois grupos: Grupo 1 e Grupo 2. As do Grupo 1 apresentam espessura (b)
constante igual a 100 mm e correspondem Ă s numeradas de 1 a 25 na Tabela 3.2; as do Grupo
2 apresentam espessura de 50 ou 75 mm e correspondem Ă s numeradas de 26 a 37 na mesma
tabela. A notação considerada para as dimensÔes das vigas encontra-se na Figura 3.1.
P/2 P/2
"
x x
A A
h
c c
bba
CORTE A-A
"o
"t
Figura 3.1 - DimensÔes das vigas testadas notaçÔes.
Grupo 1
A notação é feita da maneira descrita abaixo, nesta ordem:
1. Todas as vigas sem armadura de alma e com armadura de alma sĂŁo representadas pela letra
V e W, respectivamente;
2. As vigas altas ("/h = 1.0), médias ("/h = 1.5) e baixas ("/h = 2.0) são representadas pelas
letras A, M e B, respectivamente;
74
3. Os nĂșmeros 1, 2, 3 ou 4 representam os valores de ba: 1 indica ba = 100 mm; 2 indica
ba = 200 mm; 3, ba = 300 mm e 4, ba = 400 mm;
4. O nĂșmero seguinte, 1, 2 ou 3, representa a taxa geomĂ©trica de armadura principal:
1 indica Ïs = 0.262%; 2 indica Ïs = 0.645% e 3, Ïs = 0.889%;
5. ApĂłs o traço, encontra-se o nĂșmero 12, 18 ou 24, representando os valores da variĂĄvel c
de 120, 180 ou 240 mm, respectivamente.
Para diferenciar a viga de no 5 da de no 19 e a de no 8 da de no 23 (ver numeração na
Tabela 3.2), foi adicionado à notação das mesmas o valor de x: 25 indica x = 250 mm e
26 indica x = 260 mm.
Grupo 2
Os itens 1 e 2 citados para o Grupo 1 também são vålidos para o Grupo 2.
3. A letra P significa viga-parede sem enrijecimento nos apoios e a letra E, com
enrijecimento;
4. Os nĂșmeros 5 ou 7 representam a largura da viga: 5 indica b = 50 mm e 7 indica
b = 75 mm;
5. O nĂșmero seguinte (1, 2 ou 3) indica a taxa geomĂ©trica de armadura principal : 1 Ă©
referido Ă taxa Ïs = 0.330%; 2, Ă Ïs = 0.560% e 3, Ă Ïs = 0.690%. As vigas altas, por
apresentarem a mesma taxa de armação (Ïs = 0.220%), nĂŁo recebem nenhum nĂșmero;
6. Assim como o item 5 do Grupo 1, apĂłs o traço encontra-se o nĂșmero 12 ou 18: 12 indica
c = 120 mm e 18 indica c = 180 mm.
75
3.2 - PROPRIEDADES DOS MATERIAIS, GEOMETRIA E ARMADURA
Todas as 37 vigas descritas a seguir apresentam um vĂŁo teĂłrico (") de valor constante e
igual a 1200 mm. A Tabela 3.2 apresenta os valores das dimensÔes das vigas, cujas notaçÔes
encontram-se na Figura 3.1. Pelas Tabelas 3.3 e 3.5 obtĂȘm-se, respectivamente, as
caracterĂsticas geomĂ©tricas das armaduras e as caracterĂsticas do aço. Na Tabela 3.4,
encontram-se os valores de carga Ășltima obtidos experimentalmente (PU(TESTE)), a comparação
das cargas de fissuração e da carga de escoamento com a carga Ășltima, o modo de ruptura
apresentado por cada viga e as caracterĂsticas do concreto utilizado na execução das
mesmas. Nesta tabela, F significa FlexĂŁo, C significa Cisalhamento e FC, FlexĂŁo-
Cisalhamento; a ruptura local no apoio estĂĄ designada por L(A) e a local sob os pontos de
aplicação de carga, por L(C) .
3.2.1 - Vigas ensaiadas por GuimarĂŁes, G. B. (1980)
Correspondem Ă s vigas do Grupo 1 numeradas de 1 a 9 na Tabela 3.2.
A ancoragem da armadura principal Ă© feita com ganchos horizontais. Todas as barras
são de aço CA 50 (nervuradas), com exceção das usadas nos estribos dos pilares (CA 60). Na
Tabela 3.5, o aço utilizado na armação das vigas corresponde aos nĂșmeros 1, 2 e 3, de acordo
com a Tabela 3.3. O desenvolvimento dos ensaios e maiores detalhes sobre a disposição das
armaduras podem ser obtidos diretamente de GuimarĂŁes (1980).
3.2.2 - Vigas ensaiadas por Vasconcelos, J. R. G. (1982)
São testadas dezesseis vigas-parede, divididas em duas séries de oito vigas. Cada uma
das séries possui um valor para "/h e, das oito vigas, somente quatro possuem armadura de
alma. A espessura dos pilares de enrijecimento dos apoios Ă© variĂĄvel. As vigas da SĂ©rie 1
correspondem Ă s de nĂșmero 10 a 17 na Tabela 3.2, e as da SĂ©rie 2 correspondem Ă s de
nĂșmero 18 a 25.
76
Em todas as vigas com "/h = 1.5 foram aplicadas, no bordo superior, duas cargas
concentradas, ao passo que nas com "/h = 2.0 foi aplicado um carregamento uniformemente
distribuĂdo. A armadura principal Ă© constituĂda de 6 Ï 10.0 mm e ancorada por ganchos
horizontais. A armadura de alma Ă© constituĂda por uma malha ortogonal, formada por oito
barras horizontais e oito estribos verticais, todas com Ï = 6.3 mm. SĂŁo utilizadas barras
deformadas de aço CA 50B para o diùmetro de 10.0 mm, enquanto que as barras com 6.3 mm
de diĂąmetro sĂŁo lisas, de aço CA 60A. Na Tabela 3.5, correspondendo aos nĂșmeros 4 e 5,
encontram-se as caracterĂsticas do aço utilizado na execução das vigas, de acordo com o
exposto na Tabela 3.3. Detalhes da aplicação dos carregamentos e da disposição das
armaduras podem ser obtidos diretamente de Vasconcelos (1982).
Na Tabela 3.4, pode ser observado que o autor utiliza a mesma resistĂȘncia cilĂndrica Ă
compressĂŁo e a mesma resistĂȘncia cilĂndrica Ă tração por fendilhamento para todas as vigas.
3.2.3 - Vigas ensaiadas por Velasco, M. S. L. (1984)
Correspondem Ă s vigas do Grupo 2 (nĂșmero 26 ao 37), na Tabela 3.2.
A armadura principal das vigas Ă© constituĂda por ferros retos que se estendem ao longo
de todo o vão. A ancoragem é feita com ganchos horizontais, de acordo com a orientação do
CEB-FIP (1978). Todas as vigas ensaiadas possuem armadura de alma, disposta de modo a
formar uma malha ortogonal, constando de estribos verticais e horizontais, conforme
recomendado pelo CEB-FIP (1978) e pela CIRIA (1977). Para as vigas sem enrijecimento foi
projetado um reforço de apoio, com o objetivo de evitar rupturas localizadas. O reforço
constitui-se de uma placa de aço onde são soldados estribos verticais. A armadura principal das
vigas Ă© constituĂda por barras de aço CA 50, nervuradas, com diĂąmetros de 6.3 mm e 8.0 mm.
Para a armadura de alma de todas as vigas foram utilizadas barras de aço CA 60 com diùmetro
de 4.2 mm. Todos os pilares foram armados com barras de aço CA 50, nervuradas, com bitola
de 10.0 mm. Na Tabela 3.5, nos nĂșmeros de 6 a 9, encontram-se as caracterĂsticas do aço
utilizado na armação das vigas, de acordo com a Tabela 3.3.
Maiores detalhes da armadura, assim como do ensaio e dos materiais utilizados na
confecção das vigas, encontram-se em Velasco (1984).
77
No VIGAS b(mm)
ba
(mm)c
(mm)x
(mm)"o
(mm)"t
(mm)h
(mm)"/h x/h "/d a/d c/ba
1 VM11-12 100 100 120 280 1080 1440 800 1.5 0.35 1.59 0.53 1.202 VM21-18 100 200 180 250 1020 1380 800 1.5 0.31 1.59 0.53 0.903 VM21-24 100 200 240 220 960 1440 800 1.5 0.27 1.59 0.53 1.204 VM12-12 100 100 120 280 1080 1440 800 1.5 0.35 1.64 0.55 1.205 VM22-18/25 100 200 180 250 1020 1380 800 1.5 0.31 1.64 0.55 0.906 VM22-24 100 200 240 220 960 1440 800 1.5 0.27 1.64 0.55 1.207 WM12-12 100 100 120 280 1080 1440 800 1.5 0.35 1.64 0.55 1.208 WM22-18/25 100 200 180 250 1020 1380 800 1.5 0.31 1.64 0.55 0.909 WM22-24 100 200 240 220 960 1440 800 1.5 0.27 1.64 0.55 1.2010 VB13-18 100 100 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 1.8011 VB23-18 100 200 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 0.9012 VB33-18 100 300 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 0.6013 VB43-18 100 400 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 0.4514 WB13-18 100 100 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 1.8015 WB23-18 100 200 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 0.9016 WB33-18 100 300 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 0.6017 WB43-18 100 400 180 300* 1020 1380 600 2.0 0.50* 2.26 0.83 0.4518 VM12-18 100 100 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 1.8019 VM22-18/26 100 200 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 0.9020 VM32-18 100 300 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 0.6021 VM42-18 100 400 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 0.4522 WM12-18 100 100 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 1.8023 WM22-18/26 100 200 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 0.9024 WM32-18 100 300 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 0.6025 WM42-18 100 400 180 260 1020 1380 800 1.5 0.33 1.64 0.55 0.4526 WMP51-18 50 50 180 210 1020 1380 800 1.5 0.26 1.58 0.53 3.6027 WME51-12 50 200 120 240 1080 1320 800 1.5 0.30 1.58 0.53 0.6028 WMP53-18 50 50 180 210 1020 1380 800 1.5 0.26 1.69 0.56 3.6029 WME53-12 50 200 120 240 1080 1320 800 1.5 0.30 1.69 0.56 0.6030 WMP71-18 75 75 180 210 1020 1380 800 1.5 0.26 1.63 0.54 2.4031 WME71-12 75 200 120 240 1080 1320 800 1.5 0.30 1.63 0.54 0.6032 WMP72-18 75 75 180 210 1020 1380 800 1.5 0.26 1.63 0.54 2.4033 WME72-12 75 200 120 240 1080 1320 800 1.5 0.30 1.63 0.54 0.6034 WAP5-18 50 50 180 190 1020 1380 1200 1.0 0.16 1.03 0.34 3.6035 WAE5-12 50 200 120 220 1080 1320 1200 1.0 0.18 1.03 0.34 0.6036 WAP7-18 75 75 180 190 1020 1380 1200 1.0 0.16 1.06 0.35 2.4037 WAE7-12 75 200 120 220 1080 1320 1200 1.0 0.18 1.06 0.35 0.60
* indica que os valores de x expostos para as vigas submetidas a um C.U.D. foram tomadosiguais a "/4.
Tabela 3.2 - DimensÔes das vigas de teste.
78
ARMADURAPRINCIPAL
ARMADURA DE ALMA
VIGA HORIZONTAL VERTICALDiĂąm.(mm)
As
(cm2)Ïs
(%)DiĂąm.(mm)
Awh
(cm2)Ïh
(%)DiĂąm.(mm)
Awv
(cm2)Ïv
v
(%)VM11-12 4 Ï 8.0 1.980 0.262 - - - - - -VM21-18 4 Ï 8.0 1.980 0.262 - - - - - -VM21-24 4 Ï 8.0 1.980 0.262 - - - - - -VM12-12 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -
VM22-18/25 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -VM22-24 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -WM12-12 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.235
WM22-18/25 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.248WM22-24 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.264VB13-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 - - - - - -VB23-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 - - - - - -VB33-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 - - - - - -VB43-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 - - - - - -WB13-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 8 Ï 6.3 2.534 0.478 8 Ï 6.3 2.534 0.248WB23-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 8 Ï 6.3 2.534 0.478 8 Ï 6.3 2.534 0.248WB33-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 8 Ï 6.3 2.534 0.478 8 Ï 6.3 2.534 0.248WB43-18 6 Ï 10.0 4.712 0.889 8 Ï 6.3 2.534 0.478 8 Ï 6.3 2.534 0.248VM12-18 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -
VM22-18/26 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -VM32-18 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -VM42-18 6 Ï 10.0 4.712 0.645 - - - - - -WM12-18 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.248
WM22-18/26 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.248WM32-18 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.248WM42-18 6 Ï 10.0 4.712 0.645 8 Ï 6.3 2.534 0.348 8 Ï 6.3 2.534 0.248
WMP51-18 4 Ï 6.3 1.247 0.330 8 Ï 4.2 1.108 0.291 7 Ï 4.2 0.970 0.379WME51-12 4 Ï 6.3 1.247 0.330 8 Ï 4.2 1.108 0.291 5 Ï 4.2 0.693 0.256WMP53-18 8 Ï 6.3 2.534 0.690 8 Ï 4.2 1.108 0.311 7 Ï 4.2 0.970 0.379WME53-12 8 Ï 6.3 2.534 0.690 8 Ï 4.2 1.108 0.311 5 Ï 4.2 0.693 0.256WMP71-18 6 Ï 6.3 1.870 0.330 8 Ï 4.2 1.108 0.200 7 Ï 4.2 0.970 0.253WME71-12 6 Ï 6.3 1.870 0.330 8 Ï 4.2 1.108 0.200 5 Ï 4.2 0.693 0.170WMP72-18 6 Ï 8.0 3.016 0.560 8 Ï 4.2 1.108 0.200 7 Ï 4.2 0.970 0.253WME72-12 6 Ï 8.0 3.016 0.560 8 Ï 4.2 1.108 0.200 5 Ï 4.2 0.693 0.170WAP5-18 4 Ï 6.3 1.247 0.220 12 Ï 4.2 1.662 0.286 7 Ï 4.2 0.970 0.379WAE5-12 4 Ï 6.3 1.247 0.220 12 Ï 4.2 1.662 0.286 5 Ï 4.2 0.693 0.256WAP7-18 6 Ï 6.3 1.870 0.220 12 Ï 4.2 1.662 0.195 7 Ï 4.2 0.970 0.253WAE7-12 6 Ï 6.3 1.870 0.220 12 Ï 4.2 1.662 0.195 5 Ï 4.2 0.693 0.170
Tabela 3.3 - CaracterĂsticas geomĂ©tricas das armaduras principal e de alma.
79
VIGAPU(TESTE)
(kN)P Pf U1 P Pf U2 P Pf U3 P Py U fc
'
(N/mm2)
f t
(N/mm2)
MECANISMODE RUPTURA
VM11-12 480.0 0.43 0.67 - 0.81 24.80 2.40 FVM21-18 430.0 0.33 0.47 0.98 0.90 19.20 2.14 FCVM21-24 450.0 0.33 0.47 - 0.87 16.30 1.96 FCVM12-12 546.0 0.31 0.51 1.00 - 22.30 2.23 C
VM22-18/25 596.0 0.29 0.44 0.97 - 21.50 2.28 CVM22-24 460.0 0.30 0.46 0.98 - 13.70 1.45 CWM12-12 652.0 0.26 0.37 0.81 - 21.50 2.28 C
WM22-18/25 750.0 0.23 0.27 - - 22.30 2.23 CWM22-24 670.0 0.27 0.37 0.75 - 19.10 1.98 CVB13-18 570.0 0.22 0.32 0.46 - 19.4 1.80 L (A)VB23-18 840.0 0.11 0.15 0.54 - 19.4 1.80 CVB33-18 766.0 0.10 0.13 0.57 0.85 19.4 1.80 CVB43-18 810.0 0.13 0.31 0.49 0.79 19.4 1.80 CWB13-18 800.0 0.25 0.32 0.52 0.89 19.4 1.80 L (A)WB23-18 883.0 0.17 0.28 - 0.85 19.4 1.80 CWB33-18 718.0 0.21 0.25 0.55 - 19.4 1.80 L (C)WB43-18 960.0 0.07 0.24 0.34 0.88 19.4 1.80 CVM12-18 403.0 0.35 0.69 - - 19.4 1.80 L (A)
VM22-18/26 550.0 0.27 0.56 0.85 - 19.4 1.80 L (C)VM32-18 540.0 0.24 0.63 0.65 - 19.4 1.80 L (C)VM42-18 540.0 0.37 0.59 0.65 - 19.4 1.80 CWM12-18 694.0 0.32 0.42 0.86 - 19.4 1.80 L (C)
WM22-18/26 650.0 0.38 0.55 - - 19.4 1.80 L (C)WM32-18 584.0 0.26 0.44 0.58 - 19.4 1.80 L (C)WM42-18 600.0 0.45 0.47 0.67 - 19.4 1.80 L (C)
WMP51-18 370.0 0.12 0.43 0.70 0.85 20.4 2.20 FCWME51-12 390.0 0.21 0.49 0.77 0.87 20.0 2.40 FCWMP53-18 450.0 0.13 0.38 0.62 - 21.6 2.20 CWME53-12 380.0 0.13 0.37 0.82 - 18.0 1.90 CWMP71-18 520.0 0.14 0.54 0.88 0.85 20.0 2.20 FCWME71-12 520.0 0.21 0.56 0.77 0.96 20.0 1.94 FCWMP72-18 520.0 0.18 0.54 0.94 - 18.0 2.10 CWME72-12 500.0 0.21 0.50 0.74 - 17.4 1.86 CWAP5-18 520.0 0.23 - 0.67 0.98 22.2 2.40 L (A)WAE5-12 510.0 0.33 0.61 0.61 - 22.0 2.15 CWAP7-18 630.0 0.27 0.81 0.81 0.97 17.4 1.86 FCWAE7-12 700.0 0.23 0.67 0.61 0.97 19.0 1.90 FC
1fP , 2fP e 3fP - carga correspondente ao aparecimento da 1Âș fissura de flexĂŁo, da 1Âș fissura
de cisalhamento e da 2Âș fissura de cisalhamento, respectivamente; yP - carga de escoamento.
Tabela 3.4 - Carga Ășltima obtida experimentalmente (PU(TESTE)), comparaçãodas cargas de fissuração e da carga de escoamento com a carga Ășltima,modo de ruptura para cada viga e caracterĂsticas do concreto utilizado.
80
NoBitola (Ï)
(mm)f y
(N/mm2)
f su
(N/mm2)Δ y
(mm/m)
Es
(N/mm2)
1 6.3 597 812 - 2.125â 105
2 8.0 534 730 3.0 2.125â 105
3 10.0 582 887 3.1 2.125â 105
4 6.3 680 820 5.0 2.290â 105
5 10.0 600 790 4.3 2.500â 105
6 4.2 628 786 5.1 2.030â 105
7 6.3 582 774 4.8 2.050â 105
8 8.0 594 794 4.9 2.082â 105
9 10.0 512 798 4.5 2.051â 105
Tabela 3.5 - CaracterĂsticas do aço.
3.3 - INFORMAĂĂES COMPARATIVAS
Analisando-se todas as vigas ensaiadas, algumas informaçÔes comparativas puderam
ser obtidas, para vigas-parede de concreto armado, biapoiadas, submetidas a duas cargas
aplicadas a 1/3 e a 2/3 do vĂŁo, no bordo superior. Pouco foi obtido sobre as vigas sujeitas a um
carregamento uniformemente distribuĂdo, tendo em vista que somente Vasconcelos (1982)
ensaiou vigas submetidas a esse tipo de carregamento e, portanto, as informaçÔes podem ser
obtidas diretamente de seu trabalho.
As informaçÔes e observaçÔes estão listadas abaixo, onde 2 C.C. significa duas cargas
concentradas e C.U.D. significa carregamento uniformemente distribuĂdo.
1. Em todas as vigas, as primeiras fissuras que se formam sĂŁo as de flexĂŁo (tipo â - Figura
3.2), surgindo no centro do vĂŁo (exatamente no meio deste ou um pouco deslocadas) e
quando a carga aplicada atinge cerca de 30% da carga Ășltima, no caso de 2 C.C.. Elas se
desenvolvem no sentido vertical, atingindo cerca de 2/3 da altura das vigas.
81
2. As vigas altas (WAP5-18, WAE5-12, WAP7-18 e WAE7-12) ensaiadas por Velasco (1984)
e todas as vigas ensaiadas por GuimarĂŁes (1980) apresentam um mesmo intervalo da
razĂŁo carga de fissuração/carga Ășltima (P Pf U1 ): de 23% a 33%, excetuando-se somente a
viga VM11-12, que apresenta P Pf U1 = 43%. Nas vigas ensaiadas por Vasconcelos
(1982), submetidas a ação de 2 C.C., essa carga de fissuração situa-se entre 24% e 45%
de PU, tendo como valor médio 33%. Nas vigas baixas analisadas por Velasco, as primeiras
fissuras de flexĂŁo surgem para uma razĂŁo P Pf U1 entre 12% e 21%, sendo que os
maiores valores sĂŁo apresentados pelas vigas enrijecidas. Para as vigas submetidas a um
C.U.D. ensaiadas por Vasconcelos, esta taxa diminui, ficando em torno de 15% de PU, ou
seja, caindo à metade do valor obtido para o caso da aplicação de 2 C.C..
3. A carga de fissuração correspondente à fissura do tipo ⥠(primeira fissura de cisalhamento,
Figura 3.2), Pf 2 , situa-se em torno de 50% da carga Ășltima, para todas as vigas submetidas
a 2 C.C., possuindo poucos valores discrepantes, o que estĂĄ de acordo com os resultados
obtidos por Smith e Vantsiotis (1982), que observaram que as cargas que levam ao
aparecimento da fissura inclinada variam entre 40% e 50% das cargas Ășltimas respectivas.
Deve-se atentar para o fato de que essa semelhança de resultados foi obtida apesar das
diferenças (às vezes bastante significativas) das relaçÔes "/h, a/d e da taxa geométrica de
armadura entre as vigas ensaiadas por Velasco, GuimarĂŁes e Vasconcelos, e as ensaiadas
por Smith e Vantsiotis. Para as vigas analisadas por Vasconcelos, sujeitas a um C.U.D., o
valor de 50% observado para a razão Pf 2 / PU cai para 25%, em média.
Smith e Vantsiotis tambĂ©m observaram que hĂĄ um decrĂ©scimo na carga que leva Ă
fissura inclinada e na carga Ășltima, com o crescimento da razĂŁo a/d, para vigas submetidas
a ação de 2 C.C.. Como as vigas ensaiadas por GuimarĂŁes e Vasconcelos possuĂam
relaçÔes a/d muito próximas, isto não pÎde ser claramente observado. Contudo, o
decréscimo citado é facilmente percebido quando da comparação entre as vigas médias
(maior a/d) e altas (menor a/d) ensaiadas por Velasco.
82
Observando-se as vigas VM12-12, WM12-12, VM22-18/25, WM22-18/25, VM22-24
e WM22-24, analisadas por GuimarĂŁes, e as vigas analisadas por Vasconcelos e sujeitas
a 2 C.C., similares duas a duas, e diferenciando-se somente pela presença ou não de
armadura de alma, pĂŽde-se constatar que as vigas com este tipo de armadura apresentaram
menor razão Pf 2 / PU. Nas vigas ensaiadas por Velasco, observação similar não pÎde ser
feita, pois todas as vigas apresentavam armadura de alma.
4. A média das cargas correspondentes à formação da fissura do tipo ⹠(segundas fissuras de
cisalhamento, Figura 3.2), situa-se em torno de 90% de PU para as vigas de GuimarĂŁes, as
quais apresentam uma relação "/h constante e igual a 1.5. As vigas de Velasco com a
mesma relação "/h (vigas médias) apresentam um valor de Pf 3 médio igual a 80% de PU, e
as vigas altas ("/h = 1.0), em torno de 70% de PU, sendo esta a mesma porcentagem
apresentada pelas vigas ensaiadas por Vasconcelos, com "/h = 1.5. Para as vigas
submetidas a um C.U.D. a razão Pf 3 / PU é de 50%, em média.
5. Quando da comparação da carga Ășltima apresentada pelas vigas analisadas, com
proporçÔes e armadura próximas, pode-se concluir que a capacidade de carga das vigas-
parede Ă© menor para as vigas de pequena espessura, que Ă© o caso das vigas ensaiadas por
Velasco, devido a uma menor seção de concreto.
6. Os mecanismos de ruptura predominantes nas vigas ensaiadas pelos pesquisadores
GuimarĂŁes (1980) e Velasco (1984) sĂŁo flexĂŁo - cisalhamento e cisalhamento, os quais
sĂŁo os dois mais importantes modos de ruptura segundo Fafitis e Won (1994).
7. A formação e o desenvolvimento das fissuras de flexão e das primeiras fissuras de
cisalhamento praticamente nĂŁo sofrem alteração devido Ă existĂȘncia dos pilares laterais, no
caso de vigas sujeitas a 2 C.C..
8. Nas vigas com menor taxa de armação, os alongamentos das barras são mais acentuados
do que nas vigas com maior taxa de armação.
83
9. Todas as vigas com maior taxa de armação não apresentam, na curva carga x deformação,
o trecho que representa o comportamento inelĂĄstico das vigas.
10. A ancoragem da armadura principal merece atenção especial, pois não é raro que, após o
surgimento das fissuras de cisalhamento, os alongamentos da armadura nos pontos
prĂłximos aos apoios ultrapassem os alongamentos medidos no meio do vĂŁo.
11. O enrijecimento dos apoios nĂŁo parece causar nenhum efeito significativo nos
alongamentos da armadura principal na seção média das vigas.
12. Nas vigas com enrijecimento dos apoios hĂĄ uma tendĂȘncia de a ruptura ocorrer segundo
uma fissura crĂtica na regiĂŁo entre o ponto de aplicação das cargas e os apoios, pela
concentração de tensÔes nessa região, principalmente nas vigas sem armadura de alma,
para vigas submetidas à ação de 2 C.C..
13. A teoria é comprovada: Para todas as vigas, a distribuição das tensÔes horizontais de
flexão não é linear, e a linha neutra se localiza mais para baixo quando da comparação com
as vigas comuns. Além disso, também é observado que, após a fissuração, à medida que a
carga Ă© aumentada, a linha neutra se desloca para cima, diminuindo a ĂĄrea comprimida e
aumentando o braço de alavanca. Nas vigas enrijecidas a linha neutra apresenta-se mais alta
do que nas nĂŁo enrijecidas. Ă proporção que o nĂșmero e a abertura das fissuras crescem,
mais o comportamento das vigas se afasta do previsto para a fase elĂĄstica.
14. Os pilares laterais, geralmente, nĂŁo modificam o mecanismo de ruptura das vigas
analisadas, mas provocam uma pequena variação na carga Ășltima das vigas.
15. Com a redução da espessura das vigas, hĂĄ um pequeno aumento no nĂșmero de fissuras,
não havendo alteração na configuração das mesmas.
84
16. Comprova-se a teoria de que a armadura de alma Ă© necessĂĄria para o controle da abertura
de fissuras; as vigas sem armadura de alma exibem espessura de fissuras consideravelmente
maior na ruptura.
17. A presença de armadura de alma gera um aumento na resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento
tanto para 2 C.C. quanto para C.U.D..
18. As deflexÔes, mesmo sob cargas elevadas e em vigas de pequena espessura, são pequenas,
não chegando a prejudicar a estética e a funcionalidade do membro estrutural.
19. A taxa geométrica de armadura principal praticamente não influencia os deslocamentos e as
deformaçÔes da armadura durante o estado não fissurado.
20. A influĂȘncia da taxa de armadura se manifesta apĂłs a fissuração quando as tensĂ”es na
regiĂŁo tracionada da viga sĂŁo absorvidas pela armadura.
21. Após a fissuração, as tensÔes ao longo da armadura são praticamente constantes.
22. HĂĄ um aumento na carga Ășltima da viga-parede quando a taxa geomĂ©trica de armadura
principal Ă© aumentada. Contudo, este aumento nĂŁo Ă© muito significativo nas vigas que
rompem por cisalhamento.
4 4
12 2
3 3
Figura 3.2 - Tipos comuns de fissura:
â - Corresponde Ă primeira fissura de flexĂŁo;⥠- Corresponde Ă primeira fissura de cisalhamento;âą - Corresponde Ă segunda fissura de cisalhamento.⣠- Fissura vertical na regiĂŁo entre a viga e os apoios enrijecidos.
CAPĂTULO IV
4. RESULTADOS
Neste capĂtulo serĂŁo apresentados os resultados de resistĂȘncia Ășltima obtidos atravĂ©s de
vĂĄrios mĂ©todos de cĂĄlculo da resistĂȘncia de vigas-parede, para confrontar os resultados assim
encontrados com aqueles obtidos nos ensaios realizados no LaboratĂłrio de Estruturas e
Materiais (L.E.M.) da PUC-Rio por GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos (1982) e Velasco
(1984), visando encontrar um mĂ©todo que gere resultados os mais prĂłximos possĂveis dos
experimentais.
Nas tabelas a seguir, as vigas assinaladas com o sĂmbolo âą apresentaram ruptura local.
4.1 - GUIA 2 DA CIRIA
O Guia 2 da CIRIA Ă© datado de 1977, sendo reimpresso em 1984. Por se tratar de um
mĂ©todo de cĂĄlculo antigo, e jĂĄ ter sido utilizado para comparação de carga Ășltima das vigas
ensaiadas por GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos (1982) e Velasco (1984), nestas prĂłprias
referĂȘncias, os resultados obtidos nĂŁo serĂŁo aqui listados; porĂ©m, serĂŁo comentados no
prĂłximo capĂtulo.
4.2 - CEB-FIP (1978)
Na Tabela 4.1, no final deste capĂtulo, encontra-se, para cada uma das 37 vigas-parede
consideradas, a carga Ășltima experimental (PU(TESTE)) e a comparação desta com a carga Ășltima
calculada pelo método do CEB-FIP (1978) (PU(CEB78)), representada pela razão RCEB78, onde
86
( )
( )R
P
PCEB
U CEB
U TESTE78
78= . Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RCEB78) para cada uma das vigas
estĂŁo apresentados na Figura 4.1 abaixo.
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN )
0.20
0 .40
0 .60
0 .80
1 .00
PU
(CE
B78
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 4.1 - GrĂĄfico P
PU CEB
U TESTE
( )
( )
78 x PU TESTE( ) .
4.3 - CAN3-A23.3-M84
Na Tabela 4.1 encontra-se a razĂŁo RCAN84 , onde( )
( )R
P
PCAN
U CAN
U TESTE84
84= , sendo PU (CAN84) a
carga Ășltima calculada pelo cĂłdigo canadense, e na Tabela 4.2 encontra-se o valor de c'CAN84,
sendo c'CAN84 a largura média da biela inclinada, para cada uma das vigas.
87
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RCAN84 ) para cada viga estĂŁo mostrados na
Figura 4.2.
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN )
0.20
0 .40
0 .60
0 .80
1 .00P
U(C
AN
84)/
PU
(TE
ST
E)
Figura 4.2 - GrĂĄficoP
PU CAN
U TESTE
( )
( )
84 x PU TESTE( ) .
4.4 - ACI 318-95
A Tabela 4.1 apresenta, para cada uma das vigas, a comparação entre a carga Ășltima
calculada pelo mĂ©todo do ACI 318-95 (PU(ACI95)) e a carga Ășltima experimental (PU(TESTE))
através da razão RACI95, onde ( )
( )R
P
PACI
U ACI
U TESTE95
95= .
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RACI95) para cada uma das 37 vigas
consideradas encontram-se na Figura 4.3.
88
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN)
0.20
0 .40
0 .60
0 .80
1 .00
PU
(AC
I95)
/PU
(TE
ST
E)
Figura 4.3 - GrĂĄfico P
PU ACI
U TESTE
( )
( )
95 x PU TESTE( ) .
4.5 - MĂTODO DO CAMINHO DA FORĂA COMPRESSIVA
A Tabela 4.1 apresenta, para cada uma das vigas, a comparação entre a carga Ășltima
calculada pelo mĂ©todo do Caminho da Força Compressiva (PU(CFC)) e a carga Ășltima
experimental (PU(TESTE)), através da razão RCFC , sendo ( )
( )R
P
PCFC
U CFC
U TESTE
= . Na Tabela 4.2
encontra-se o valor de c'CFC (maior valor entre a/3 e a largura do apoio) e o valor de c''
CFC
para cada viga, sendo c''CFC a largura da biela inclinada que satisfaz o equilĂbrio citado no item
c da Fig. 2.37. Na referida tabela, também encontra-se a comparação dos valores de c'CFC e de
c''CFC com os de c'
CAN84 .
89
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RCFC) para cada uma das 37 vigas estĂŁo
apresentados na Figura 4.4 a seguir.
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN )
0.40
0 .80
1 .20
1 .60P
U(C
FC
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 4.4 - GrĂĄfico P
PU CFC
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
4.6 - MĂTODO DE ANĂLISE PARA VIGAS-PAREDE BIAPOIADAS SEGUNDO
SUBEDI
A Tabela 4.1 apresenta, para cada uma das vigas, a comparação entre a carga Ășltima
calculada pelo método de Anålise para Vigas-parede Biapoiadas proposto por Subedi (1988)
(PU(AVPB)) e a carga Ășltima experimental (PU(TESTE)), atravĂ©s da razĂŁo RAVPB, onde
( )
( )R
P
PAVPB
U AVPB
U TESTE
= . Na Tabela 4.2 encontra-se o modo de ruptura previsto pelo método em
90
questĂŁo, para cada viga. Nesta Tabela, F significa FlexĂŁo e C, Cisalhamento (fendilhamento
diagonal) .
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RAVPB) estĂŁo apresentados na Figura 4.5.
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN)
0.00
0 .40
0 .80
1 .20
1 .60
PU
(AV
PB
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 4.5 - GrĂĄfico P
PU AVPB
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
4.7 - MĂTODO DO MODELO DE TRELIĂA COM AMOLECIMENTO
Na Tabela 4.1 encontram-se as razĂ”es (valores de RMTA) entre a carga Ășltima obtida
pela fĂłrmula explĂcita representada pelas Eqs. 2.19 e 2.23 (PU(MTA)) e a obtida
experimentalmente (PU(TESTE)) para todas as vigas ensaiadas por GuimarĂŁes (1980),
Vasconcelos (1982) e Velasco (1984). Também para efeito de comparação, encontram-se na
mesma tabela as razÔes RRA e RPS, obtidas, respectivamente, através da utilização da fórmula de
91
Ramakrishnan e Ananthanarayana (Ramakrishnan e Ananthanarayana, 1968) e da fĂłrmula
de de Paiva e Siess (de Paiva e Siess, 1965), para cĂĄlculo da carga Ășltima. Ambas as fĂłrmulas
foram utilizadas por Mau e Hsu, autores do método em questão, para comparação de
resultados em Mau e Hsu, 1989 e, desta maneira, torna-se interessante utilizå-las também no
presente trabalho.
A fĂłrmula de Ramakrishnan e Ananthanarayana Ă© representada pela Eq. 4.1 e a de de
Paiva e Siess pela Eq. 4.2. Na primeira, f t Ă© a resistĂȘncia cilĂndrica ao fendilhamento do
concreto e, na segunda, x Ă© o vĂŁo de cisalhamento livre e Ast representa a armadura
longitudinal total.
Na Tabela 4.1 hĂĄ dois valores de RRA, pois dois valores de carga Ășltima para a fĂłrmula
de Ramakrishnan e Ananthanarayana sĂŁo encontrados. Na segunda coluna estĂŁo os resultados
obtidos utilizando-se para f t o valor encontrado experimentalmente; na primeira coluna estĂŁo
os valores encontrados utilizando-se o valor de f t resultante da fĂłrmula f t = 7.2 fc' (psi),
equivalente Ă f t = 0.598 fc' (MPa).
V f bhU t= Ï2
(4.1)
V bhx
hf
A
bhU cst= â
+ +
08 1 0 6 200 0188 21300. . . ' (4.2)
Na Tabela 4.1 tem-se: ( )
( )R
P
PRA
U RA
U TESTE
= , ( )
( )R
P
PPS
U PS
U TESTE
= , ( )
( )R
P
PMTA
U MTA
U TESTE
= , onde
PU(RA), PU(PS) e PU(MTA) significam, respectivamente, a carga Ășltima obtida pela fĂłrmula de
92
Ramakrishnan e Ananthanarayana, de Paiva e Siess e pelo método do Modelo de Treliça com
Amolecimento.
O sĂmbolo * , que aparece apĂłs alguns valores de RMTA, na Tabela 4.1, encontra-se nas
vigas que rompem por cisalhamento, estão sob a ação de duas cargas concentradas aplicadas
no bordo superior e que obedecem às condiçÔes explicitadas de a. até e. no item 2.13.10.2.
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RMTA) para cada uma das 37 vigas analisadas
encontram-se na Figura 4.6.
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN )
0.40
0 .80
1 .20
1 .60
2 .00
PU
(MT
A)/
PU
(TE
ST
E)
Figura 4.6 - GrĂĄfico P
PU MTA
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
93
4.8 - MĂTODO DO M ODELO DE BIELAS E TIRANTES REFINADO
A Tabela 4.1 apresenta, para cada uma das vigas, a comparação entre a carga Ășltima
calculada pelo mĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado (PU (MBTR)) e a carga Ășltima
experimental (PU (TESTE)), explicitada pela razĂŁo RMBTR, sendo( )
( )R
P
PMBTR
U MBTR
U TESTE
= .
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RMBTR) para cada uma das 37 vigas estĂŁo
apresentados na Figura 4.7 a seguir.
200 .0 0 400 .0 0 600 .0 0 800 .0 0 100 0 .00PU(TESTE) (kN)
0.40
0 .80
1 .20
1 .60
2 .00
PU
(MB
TR
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 4.7 - GrĂĄfico P
PU MBTR
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
94
VIGA PU (TESTE)
(kN)RCEB78 RCAN84 RACI95 RCFC RAVPB RRA RPS RMTA R MBTR
VM11-12 480.0 0.63 0.34 0.74 0.82 0.81 1.56 1.26 1.35 1.15 0.84VM21-18 430.0 0.70 0.43 0.73 0.91 0.89 1.53 1.25 1.30 1.17 0.94VM21-24 450.0 0.58 0.45 0.65 0.86 0.75 1.35 1.09 1.14 1.06 0.90VM12-12 546.0 0.65 0.74 0.64 1.19 0.80 1.30 1.03 1.19 1.61 1.33
VM22-18/25 596.0 0.58 0.74 0.57 1.28 0.71 1.17 0.96 1.10 1.42 1.19VM22-24 460.0 0.48 0.61 0.59 1.35 0.59 1.21 0.79 1.12 1.17 1.23WM12-12 652.0 0.53 0.59 0.70 1.24 0.79 1.07 0.88 1.051.30* 1.11
WM22-18/25 750.0 0.48 0.61 0.62 1.22 0.81 0.95 0.75 0.961.17* 0.99WM22-24 670.0 0.46 0.58 0.64 1.22 0.96 0.98 0.74 1.001.12* 1.02âąVB13-18 570.0 0.41 0.58 0.41 0.90 0.33 0.87 0.60 0.73 0.97 0.86VB23-18 840.0 0.28 0.39 0.28 0.62 0.23 0.59 0.40 0.49 0.66 0.58VB33-18 766.0 0.30 0.43 0.30 0.70 0.25 0.65 0.44 0.54 0.72 0.64VB43-18 810.0 0.29 0.41 0.29 0.66 0.23 0.61 0.42 0.51 0.68 0.60
âąWB13-18 800.0 0.29 0.35 0.39 0.67 0.36 0.62 0.42 0.80 0.69 0.63WB23-18 883.0 0.26 0.30 0.35 0.61 0.32 0.56 0.38 0.54 0.63 0.57âąWB33-18 718.0 0.32 0.46 0.43 0.74 0.40 0.69 0.47 0.60 0.77 0.70WB43-18 960.0 0.24 0.33 0.32 0.56 0.30 0.52 0.35 0.56 0.58 0.52âąVM12-18 403.0 0.77 0.82 0.79 1.11 0.92 1.64 1.12 1.51 1.90 1.67
âąVM22-18/26 550.0 0.56 0.60 0.58 1.35 0.68 1.20 0.82 1.10 1.39 1.23
âąVM32-18 540.0 0.57 0.61 0.59 1.41 0.69 1.23 0.84 1.12 1.42 1.25VM42-18 540.0 0.57 0.61 0.59 1.24 0.69 1.23 0.84 1.12 1.42 1.25
âąWM12-18 694.0 0.45 0.47 0.62 1.11 0.89 0.95 0.65 0.94 1.10 0.99
âąWM22-18/26 650.0 0.48 0.51 0.66 1.13 0.95 1.02 0.70 1.01 1.18 1.06
âąWM32-18 584.0 0.53 0.56 0.73 1.01 1.06 1.13 0.77 1.12 1.31 1.18
âąWM42-18 600.0 0.52 0.55 0.71 1.10 1.03 1.10 0.75 1.09 1.27 1.15WMP51-18 370.0 0.44 0.61 0.62 0.67 0.91 0.92 0.75 0.89 1.13 0.74WME51-12 390.0 0.41 0.26 0.58 0.67 0.85 0.86 0.71 0.81 1.05 0.71WMP53-18 450.0 0.38 0.65 0.49 0.90 0.77 0.78 0.67 0.730.92* 0.78WME53-12 380.0 0.38 0.43 0.53 0.99 0.80 0.84 0.63 0.840.91* 0.85WMP71-18 520.0 0.46 0.37 0.63 0.73 0.73 0.97 0.80 0.91 1.14 0.77WME71-12 520.0 0.46 0.52 0.63 0.73 0.68 0.97 0.76 0.89 1.14 0.77WMP72-18 520.0 0.42 0.70 0.60 1.15 0.73 0.58 0.70 0.901.03* 0.96WME72-12 500.0 0.42 0.47 0.61 1.03 0.69 0.94 0.70 0.881.04* 0.98âąWAP5-18 520.0 0.50 0.49 0.70 0.76 1.22 1.02 0.87 1.05 1.34 0.81WAE5-12 510.0 0.51 0.39 0.71 0.64 1.23 1.04 0.79 1.04 1.35 0.82WAP7-18 630.0 0.50 0.39 0.75 0.78 1.17 1.12 0.83 1.08 1.27 0.98WAE7-12 700.0 0.49 0.37 0.70 0.85 1.13 1.05 0.77 1.01 1.25 0.88
* indica as vigas que apresentam todas as condiçÔes necessårias para a aplicação do métododo Modelo de Treliça com Amolecimento;
âą indica ruptura localizada.
Tabela 4.1 - Carga Ășltima determinada experimentalmente (PU(TESTE)) para cada vigae a sua comparação com a carga Ășltima obtida por vĂĄrios mĂ©todos.
95
VIGAc'
CAN84
(mm)
c'CFC
(mm)
c''CFC
(mm)
cc
CFC
CAN
'
'84
cc
CFC
CAN
''
'84
MODO DERUPTURA PREVISTO
VM11-12 131.7 133.3 90.4 1.012 0.686 FVM21-18 165.8 180.0 115.9 1.086 0.699 F / C *VM21-24 199.2 240.0 135.8 1.205 0.682 C *VM12-12 160.1 133.3 168.1 0.833 1.050 C
VM22-18/25 200.2 180.0 206.9 0.899 1.033 CVM22-24 251.6 240.0 265.8 0.954 1.056 CWM12-12 184.5 133.3 219.0 0.722 1.187 C
WM22-18/25 215.2 180.0 238.7 0.836 1.109 CWM22-24 243.6 240.0 249.1 0.985 1.022 CâąVB13-18 210.4 180.0 180.8 0.855 0.859 CVB23-18 212.7 180.0 184.2 0.846 0.866 CVB33-18 217.3 180.0 190.6 0.828 0.877 CVB43-18 217.3 180.0 190.6 0.828 0.877 C
âąWB13-18 217.3 180.0 190.6 0.828 0.877 CWB23-18 217.3 180.0 190.6 0.828 0.877 CâąWB33-18 214.9 180.0 187.4 0.838 0.872 CVM12-18 217.3 180.0 190.6 0.828 0.877 CâąVM12-18 168.1 180.0 136.1 1.071 0.810 C
âąVM22-18/26 201.5 180.0 223.4 0.893 1.109 C
âąVM32-18 203.7 180.0 227.9 0.884 1.119 CVM42-18 190.8 180.0 201.0 0.943 1.053 C
âąWM12-18 204.8 180.0 230.1 0.879 1.123 C
âąWM22-18/26 200.4 180.0 221.2 0.898 1.104 C
âąWM32-18 179.9 180.0 175.9 1.000 0.978 C
âąWM42-18 188.8 180.0 196.4 0.953 1.040 CWMP51-18 208.1 180.0 139.5 0.865 0.670 F *WME51-12 185.8 133.3 150.0 0.717 0.807 F / C *WMP53-18 239.2 180.0 220.8 0.753 0.923 CWME53-12 231.3 133.3 247.1 0.576 1.068 CWMP71-18 210.8 180.0 146.0 0.854 0.693 C *WME71-12 185.7 133.3 146.0 0.718 0.786 C *WMP72-18 252.3 180.0 257.2 0.713 1.019 CWME72-12 219.8 133.3 230.0 0.606 1.046 CâąWAP5-18 224.8 180.0 188.2 0.801 0.837 FWAE5-12 193.2 133.3 156.8 0.690 0.811 F *WAP7-18 227.6 180.0 201.5 0.791 0.885 F *WAE7-12 206.8 133.3 222.8 0.644 1.077 F *
* Modo de ruptura previsto pelo método de Anålise de Vigas-parede Biapoiadas é diferente doobtido experimentalmente; não foram consideradas as vigas que romperam localmente.
Tabela 4.2 - Valores dec'CAN84, c'
CFC e c''CFC e a comparação entre eles,
modo de ruptura previsto pelo método de Anålise para Vigas-paredeBiapoiadas (segundo Subedi), para cada uma das 37 vigas consideradas.
CAPĂTULO V
5. COMENTĂRIOS E ANĂLISE DOS RESULTADOS
Neste capĂtulo serĂŁo apresentados os comentĂĄrios sobre a grande maioria dos mĂ©todos
descritos no item 2.13 do CapĂtulo II e a anĂĄlise dos resultados obtidos no CapĂtulo IV.
No cålculo da média e do desvio padrão da razão R (PU(PREVISTA) /PU(TESTE)) para cada
método não serão considerados os dados provenientes das vigas que romperam localmente, a
menos que seja dito o contrĂĄrio.
5.1 - GUIA 2 DA CIRIA
a. No cålculo à flexão, o braço de alavanca z é calculado de forma aproximada no regime
elĂĄstico, dependendo somente do vĂŁo efetivo (" ) e da altura efetiva (ha ). NĂŁo Ă© levado em
conta que, com o surgimento das primeiras fissuras de flexĂŁo, z aumenta e, ainda, que este
varia com a taxa geométrica de armadura;
b. A Eq. 2.4 Ă© essencialmente a FĂłrmula de Kong. O Guia, contudo, modifica os valores
numéricos dos coeficientes C1 e C2 para introduzir o fator de segurança necessårio para
propósitos de projeto. No item 2.13.4 essa modificação não foi feita, pois foi considerado
um fator de segurança unitårio;
c. A Eq. 2.4 se aplica somente ao intervalo de 0.23 a 0.70 para x ha . Contudo, a partir de
alguns resultados de testes realizados posteriormente (Kong et al., 1986), acredita-se que
a equação citada pode ser aplicada ao intervalo de 0 a 0.70 para x ha ;
97
d. No lado direito da Eq. 2.4, a quantidade C1 f bhc a' Ă© uma medida da capacidade de
carga da biela de concreto, ao longo da linha Y-Y apresentada na Figura 2.34. Da figura, Ă©
visto que a capacidade cresce com o Ăąngulo α; na Eq. 2.4, o fator ( )1 0 35â . x ha leva em
conta a observação experimental do modo no qual esta capacidade é reduzida com α (com
um crescimento na razĂŁo xha). Quando a carga suportada pela biela de concreto Ă©
superior ao limite de resistĂȘncia da mesma, uma ruptura por fendilhamento do concreto
ocorre, resultando na formação da fissura diagonal ao longo de Y-Y mostrada na Figura
2.34. Após a formação da fissura diagonal, a biela de concreto se torna, em efeito, duas
bielas carregadas excentricamente. Estas bielas sĂŁo restringidas contra flexĂŁo no plano, pela
armadura de alma;
e. No lado direito da Eq. 2.4, o segundo termo representa a contribuição da armadura Ă
resistĂȘncia ao cisalhamento da viga. A armadura permite que a biela de concreto fendilhada
continue a suportar cargas, restringindo a propagação e ampliação da fissura diagonal. A
viga tem uma tendĂȘncia a romper num mecanismo no qual a sua porção de extremidade se
move para fora, num movimento rotacional em torno do ponto de carga (Kong e Sharp,
1973) (Kong e Chemrouk, 1990). EntĂŁo, quanto mais para baixo a barra de armadura
intercepta a fissura diagonal, mais efetiva é em restringir esta rotação. Assim, na Eq. 2.4, a
contribuição do aço C2 Ay
ha
n
1
2â sen α Ă© proporcional a y. As leis do equilĂbrio sĂŁo
desconhecedoras da discriminação do projetista entre as barras rotuladas como âarmadura
de almaâ e aquela rotulada como âarmadura principalâ. A equação citada considera que
qualquer barra de armadura fornecida, efetivamente ajuda a preservar a integridade de alma
do concreto pela restrição da propagação e da ampliação da fissura diagonal. A
contribuição de uma barra individual é julgada por sua årea A, a altura y e o ùngulo de
interseção α;
f. Quando aplicada a vigas-parede esbeltas, a Eq. 2.4 tende a superestimar a capacidade de
cisalhamento e reduzir o fator de segurança. Contudo, ela ainda é muito conservativa para
98
vigas muito esbeltas (Kong et al., 1986);
g. Embora o conceito de projeto seja diferente no ACI 318-95 (1995) e no Guia 2 da CIRIA
(1977), hĂĄ algumas similaridades. Por exemplo, ambos assumem que a ruptura de vigas-
parede ocorre a partir de uma fissura diagonal principal que se estende do apoio ao ponto
de aplicação da carga. A capacidade de suporte de carga Ășltima Ă© calculada usando regras
empĂricas nas quais as contribuiçÔes do concreto, da armadura de alma e das barras
principais são incorporadas. O ACI 318-95 impÔe um limite måximo de capacidade de
carga baseado na resistĂȘncia do concreto e o Guia 2 da CIRIA impĂ”e um limite similar
baseado no valor limite da tensĂŁo de cisalhamento Ășltima permitida numa viga;
h. O Guia 2 da CIRIA assume que a contribuição das barras horizontais, incluindo a armadura
principal, depende somente da posição da barra com respeito ao topo da viga. Em certas
vigas, porém, a contribuição assim determinada não é precisa. Em vigas com grande
quantidade de armadura principal de tração a ruptura ocorre por fendilhamento diagonal, e
o aço principal de tração não é totalmente efetivo;
i. A Eq. 2.4 mantĂ©m sua atenção nas caracterĂsticas bĂĄsicas do que Ă©, na realidade, um
complexo mecanismo de transferĂȘncia de carga. Isto Ă© feito desconsiderando-se
quantidades as quais sĂŁo menos importantes comparadas com os elementos principais;
j. Os valores de resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento para vigas-parede de pequena espessura
ensaiadas por Cusens e Besser (Cusens, A. R., 1990) mostram que os valores de projeto
de carga Ășltima apresentados pela CIRIA estĂŁo muito prĂłximos dos valores da carga de
aparecimento da primeira fissura diagonal;
k. Considerando as vigas-parede ensaiadas, obtém-se uma média de 0.86 para a razão RCIRIA
(PU(TESTE)/ PU(CIRIA)) e um desvio padrĂŁo de 0.21 para a mesma. Para as vigas submetidas a
um carregamento uniformemente distribuĂdo e que nĂŁo romperam localmente, RCIRIA
oscilou entre 0.50 e 0.60, valores bem conservativos. Os valores mais discrepantes (mais
afastados da unidade) de RCIRIA foram encontrados para a viga VM12-12 (RCIRIA = 1.19) e
99
para a viga VB23-18 (RCIRIA = 0.50);
l. Comparando-se as vigas VM12-12 com WM12-12, VM22-18/25 com WM22-18/25,
VM22-24 com WM22-24, que, duas a duas, se diferenciam somente pela presença ou não
da armadura de alma, percebe-se que as com este tipo de armadura apresentam resultados
de carga Ășltima mais prĂłximos dos reais do que as sem esta armadura. Pode concluir,
então, que a presença de armadura de alma faz-se necessåria, tornando os resultados
menos dispersivos.
m. Todas as vigas ensaiadas por Velasco apresentaram valores de RCIRIA conservativos, porém
relativamente próximos da unidade. RCIRIA oscilou entre 0.77 e 0.93, gerando o valor médio
de 0.87 e o desvio padrĂŁo de 0.042. Pode-se concluir que a Eq. 2.4 gera melhores
resultados para vigas-parede esbeltas do que para as comuns (âgrossasâ), pelo menos
quando a relação b/h varia de 10.7 a 24, que é o caso das vigas em questão. Em relação ao
que foi comentado no item anterior, deve-se atentar para o fato de que todas essas vigas
apresentavam armadura de alma.
5.2 - CEB-FIP (1978)
a. As Eqs. (2.7) fornecem valores conservativos (GuimarĂŁes, 1980). Embora nĂŁo
considerem os diversos fatores que influenciam a resistĂȘncia ao cisalhamento das vigas-
parede (ver item 2.6), os valores fornecidos apresentam pouca dispersĂŁo quando existe
armadura de alma;
b. O CEB-FIP de 1978 nĂŁo apresenta diretrizes especĂficas de como calcular a armadura de
alma para resistir às forças cortantes;
c. Pode-se notar que o cĂĄlculo de resistĂȘncia Ă flexĂŁo de vigas-parede Ă© feito sem a
consideração da resistĂȘncia Ă compressĂŁo do concreto e da espessura da viga; contudo,
esses dois parùmetros aparecem na limit ação do cortante;
100
d. As fĂłrmulas para o dimensionamento Ă flexĂŁo foram desenvolvidas com base na
distribuição das tensÔes no estado não fissurado. O esforço de tração calculado a partir do
braço de alavanca obtido nessas condiçÔes (Eqs. 2.5) representa, portanto, o esforço
resultante das tensÔes de tração no concreto armado. Todavia, com o surgimento das
primeiras fissuras de flexĂŁo, o braço interno de alavanca aumenta e, conseqĂŒentemente, o
esforço de tração na armadura principal deve ser menor do que o calculado. Logo, a
armadura obtida estarå trabalhando com certa margem de segurança, o que gera resultados
conservativos no cĂĄlculo da carga Ășltima;
e. Uma comparação entre a carga Ășltima de vigas-parede com 1 †"/h †2 rompendo por
flexĂŁo e a carga correspondente ao escoamento da armadura calculada a partir das
expressĂ”es (2.5) e (2.6), pode ser encontrada na referĂȘncia (GuimarĂŁes, 1980). Na mesma
referĂȘncia tambĂ©m se encontra uma comparação entre o esforço cortante Ășltimo calculado
pelas expressÔes (2.7) e o esforço real de vigas-parede com 1 †"/h †2 rompendo por
cisalhamento. Como resultado, percebe-se que o método aqui apresentado fornece valores
conservativos, e, geralmente, bem conservativos tanto em relação Ă resistĂȘncia Ășltima Ă
flexĂŁo quanto ao esforço cortante Ășltimo;
f. A carga de escoamento calculada pelo método, baseada numa anålise no regime elåstico, é
sempre menor do que a real, pois o braço de alavanca adotado é sempre menor do que o
real, o que foi comprovado experimentalmente por Velasco (1984);
g. Como pode ser notado, as expressĂ”es (2.7) sĂŁo dependentes somente da resistĂȘncia Ă
compressão do concreto e das dimensÔes da viga. A relação a/h (no caso de aplicação de
carga concentrada) ou " h (no caso de carga distribuĂda) nĂŁo Ă© considerada, assim como
a contribuição da armadura de alma. Contudo, o CEB-FIP recomenda o uso desta Ășltima,
observando-se a disposição (estribos horizontais e verticais, formando uma malha
ortogonal) e os valores mĂnimos estabelecidos para a mesma, com a finalidade de manter
pequena a abertura de fissuras;
101
h. As duas expressÔes apresentadas para o cålculo do braço de alavanca (Eqs. 2.5) mostram
que este varia a uma pequena razĂŁo com a altura h. Quando a altura excede o vĂŁo, z se
torna independente da altura da viga;
i. Nas expressÔes representadas pelas Eqs. (2.5) para cålculo de z não é considerada a
influĂȘncia da taxa geomĂ©trica de armadura;
j. O CEB-FIP de 1978, assim como o ACI 318-95, relaciona a resistĂȘncia ao cisalhamento
da viga- parede com a resistĂȘncia do concreto Ă compressĂŁo;
k. Melo (1984) salienta que, de modo geral, para um dado valor de Ïs (taxa geomĂ©trica de
armadura principal de tração), hå um pequeno aumento na relação z/d quando a relação
" h Ă© diminuĂda. Ă importante ressaltar que esta tendĂȘncia vai de encontro Ă s
recomendaçÔes do CEB78, que estabelecem que z cresce com " h ;
l. Observando-se os resultados de carga Ășltima obtidos e mostrados na Tabela 4.1, pode-se
notar que, para todas as vigas, a carga Ășltima prevista pelo CEB-FIP foi inferior Ă
experimental e, na grande maioria das vezes, bem inferior;
m. Considerando-se todas as vigas, exceto as que romperam localmente, tem-se para a média
de RCEB78 o valor de 0.46 e, para o desvio padrĂŁo, o valor de 0.12;
n. Para todas as vigas, com exceção das vigas VM11-12 e VM21-18, WAP5-18 e WAE5-12,
a carga Ășltima foi obtida a partir da limitação do cortante. Desta maneira, levando-se em
consideração as observaçÔes feitas nos itens a e g acima pode-se concluir que realmente as
Eqs. (2.7) nĂŁo sĂŁo adequadas para o cĂĄlculo da resistĂȘncia Ășltima de cisalhamento, pois
representam limitaçÔes impostas que reduzem demasiadamente essa resistĂȘncia;
o. Para as vigas submetidas a um carregamento uniformemente distribuĂdo, os menores
valores de RCEB78 foram encontrados, podendo-se concluir que os resultados de carga
Ășltima sĂŁo ainda mais conservativos para esse tipo de carregamento.
102
5.3 - CAN3-A23.3-M84
a. Para as vigas listadas na Tabela 4.1, desconsiderando-se as que romperam localmente,
tem-se para a média de RCAN84 o valor de 0.49 e, para o desvio padrão, o valor de 0.14.
Esse valor de mĂ©dia de RCAN84 Ă© muito baixo, indicando uma carga Ășltima mĂ©dia prevista de
metade do valor experimental;
b. Foram encontrados resultados conservativos para a carga Ășltima de todas as vigas
analisadas (Tabela 4.1), sem exceçÔes, inclusive para as 11 vigas-parede que romperam
localmente. Para essas Ășltimas, dever-se-ia ter uma carga Ășltima prevista superior Ă obtida
no ensaio, tendo em vista que a ruptura local Ă© prematura, o que indica que as referidas
vigas, se nĂŁo tivessem rompido localmente, ainda suportariam um aumento de carga.
Contudo, conforme jĂĄ citado, isso nĂŁo ocorreu;
c. Pela CAN84, no modelo de bielas e tirantes considerado, devem ser feitas verificaçÔes de
tensÔes na zona nodal superior, na zona nodal inferior, na biela horizontal e na biela
inclinada, esta Ășltima tanto no topo quanto na base;
d. A influĂȘncia da armadura de alma em forma de malha Ă© negligenciada no projeto, na
CAN84, mas Ă© recomendada uma taxa mĂnima a ser utilizada;
e. Na obtenção da carga Ășltima resistida pelas vigas sĂŁo levados em conta quase todos os
principais parĂąmetros que influenciam a resistĂȘncia ao cisalhamento de vigas-parede (ver
item 2.6), ausentando-se somente os parĂąmetros relacionados Ă armadura de alma;
f. à necessårio garantir, no projeto, que a armadura seja detalhada tal que as forças
requeridas nos tirantes possam ser obtidas;
g. A capacidade Ășltima da viga a ser determinada Ă© sensĂvel Ă maneira da qual as zonas
nodais sĂŁo detalhadas;
103
h. Em geral, os menores resultados de RCAN84 foram obtidos para as vigas submetidas a um
carregamento uniformemente distribuĂdo e para as vigas submetidas Ă ação de duas cargas
concentradas que romperam por flexĂŁo ou por flexĂŁo-cisalhamento, o que leva a concluir
que o método é pouco adequado para esses casos;
i. Em relação ao comentårio feito no item anterior, para o caso de vigas que rompem por
flexĂŁo ou por flexĂŁo-cisalhamento, deve ser acrescentado que a CAN84 nĂŁo apresenta um
mĂ©todo de cĂĄlculo de resistĂȘncia Ă flexĂŁo e, sim, uma recomendação de taxa geomĂ©trica de
armadura principal mĂnima a ser utilizada;
j. Para todas as 37 vigas-parede, a carga Ășltima prevista (PU(CAN84)) apresentada na Tabela 4.1
acabou nĂŁo sendo determinada por equilĂbrio de momentos, e, sim, atravĂ©s das verificaçÔes
de tensÔes feitas na zona nodal superior, na zona nodal inferior, ou, ainda, na base da biela
inclinada. Como todos os resultados encontrados foram conservativos, e, muitas vezes,
bem conservativos, pode ser concluĂdo que essas verificaçÔes de tensĂ”es nas bielas e nos
nós não são suficientemente adequadas. O CEB-FIP de 1990 considera que a tensão média
em qualquer superfĂcie ou seção de um nĂł singular nĂŁo deve exceder, considerando valores
nominais, o valor de 0.85 f c' [1 - f c
' /250] (MPa) para a resistĂȘncia de nĂłs onde somente
bielas se encontram e o valor de 0.60f c' [1 - f c
' /250] (MPa) para a resistĂȘncia de nĂłs onde
barras da armadura principal sĂŁo ancoradas. Os valores obtidos a partir das duas
expressÔes acima são próximos dos obtidos pela norma canadense, porém, inferiores aos
mesmos. Assim, o CEB-FIP de 1990 apresenta valores de resistĂȘncia dos nĂłs ainda mais
conservativos do que os obtidos pela norma canadense;
k. Na comparação dos valores da largura da biela inclinada obtidos pelo método do Caminho
da Força Compressiva e pela CAN84 (ver Tabela 4.2) encontra-se para a média da razão
câCFC/c
âCAN84 o valor de 0.850 e o desvio padrĂŁo de 0.132, e para a mĂ©dia da razĂŁo
câCFC/c
âCAN84 o valor de 0.931 e o desvio padrĂŁo de 0.147. Nos cĂĄlculos, foram
consideradas todas as vigas, inclusive as que romperam localmente. Pode-se perceber que
os valores de largura de biela inclinada determinados a partir do método do Caminho da
Força Compressiva estão próximos dos obtidos através da norma canadense.
104
5.4 - ACI 318-95
a. O ACI 318-95 (1995) apresenta as mesmas fĂłrmulas de dimensionamento utilizadas no
ACI 318-83 (1983) (revisado em 1986). Hå modificação, contudo, na taxa de armadura de
flexĂŁo mĂnima requerida (item 10.5 do ACI 318-95). Pelo ACI 318-83 deve-se ter
Ï s yfâ„ 200 e pelo ACI 318-95 deve-se ter Ï s c yf fâ„ 3 ' e Ï s yfâ„ 200 . Nessas
expressÔes, f y e f c' são dados em lb/in2. Usando a Tabela de Conversão de Unidades
apresentada no inĂcio do presente trabalho, as duas expressĂ”es tornam-se, respectivamente,
Ï s c yf fâ„ 0 249. ' e Ï s yfâ„ 1379. , para f y e f c' dados em N/mm2 . Pode ser observado
que, no caso do ACI 318-95, as duas expressÔes apresentadas resultam no mesmo valor de
Ï s para um f c' de 30.65 N/mm2 (em torno de 4444 psi). Assim, a obtenção da taxa
mĂnima de armadura de flexĂŁo Ă© comandada pela segunda expressĂŁo (Ï s yfâ„ 200 ) se a
viga-parede a ser dimensionada tiver f c' < 30.65 N/mm2 e, pela primeira (Ï s c yf fâ„ 3 ' ),
caso contrårio. O ACI 318-95 também apresenta algumas recomendaçÔes de ancoragem
de armadura (itens 12.11.4 e 12.12.4 do ACI 318-95), nĂŁo apresentadas no ACI 318-83;
b. O ACI 318-95 não contém recomendaçÔes detalhadas para o projeto de vigas-parede por
flexão, exceto que a não linearidade de distribuição de deformaçÔes e a flambagem lateral
devem ser consideradas;
c. O critĂ©rio de projeto do ACI 318-95 para resistĂȘncia ao cisalhamento de vigas-parede
consiste de um conjunto de regras empĂricas baseadas numa grande quantidade de dados
provenientes de testes. Ela Ă© considerada ser conservativa com uma grande margem de
segurança quando aplicada a casos de vigas simplesmente apoiadas (Mau e Hsu, 1989).
As fĂłrmulas do ACI consideram os principais fatores que influenciam a resistĂȘncia ao
cisalhamento; contudo, tal conservadorismo é geralmente inevitåvel quando a contribuição
dos vĂĄrios fatores Ă resistĂȘncia ao cisalhamento nĂŁo Ă© explicitamente desenvolvida de um
claro mecanismo de ruptura;
105
d. O CĂłdigo considera que a armadura de alma horizontal Ă© mais efetiva do que a vertical. No
limite "0 5d = , os fatores de peso ( )112
0+ " / d e ( )11
120â " / d
apresentados na Eq.
2.17 são iguais. à medida que "0d decresce, as barras de aço horizontais se tornam
crescentemente mais efetivas quando comparadas com as verticais. Contudo, nos testes
apresentados por Rogowsky, MacGregor e Ong (1986), a presença de armadura de alma
horizontal nĂŁo provocou nenhum efeito na resistĂȘncia das vigas. AlĂ©m disso, os resultados
dos testes mostraram que hĂĄ pouca concordĂąncia entre os valores medidos
experimentalmente para a capacidade cisalhante nominal e aqueles previstos pelo ACI;
e. O ACI considera obrigatĂłrio o uso de armadura de alma, especialmente quando a tensĂŁo
de cisalhamento a ser resistida pelo concreto for ultrapassada. Smith e Vantsiotis (1982),
numa investigação experimental, concluĂram que as expressĂ”es utilizadas pelo ACI
subestimam a contribuição do concreto e superestimam a contribuição da armadura de
alma;
f. No caso de vigas sujeitas à ação de duas cargas concentradas, os resultados fornecidos
pelas fĂłrmulas do ACI apresentam pouca dispersĂŁo, mas sĂŁo conservativos, como
comprovam os resultados experimentais expostos na Tabela 4.3. Uma comparação entre
o esforço cortante Ășltimo calculado por este mĂ©todo e o real, observado
experimentalmente, de vigas-parede com 1 †"/h †4, rompendo por cisalhamento, pode
ser encontrada na referĂȘncia (GuimarĂŁes, 1980). Os resultados comprovam o
conservadorismo;
g. O mĂ©todo nĂŁo avalia a resistĂȘncia Ășltima das vigas-parede e, sim, faz recomendaçÔes que,
se observadas, permitem o dimensionamento de uma peça com boa margem de segurança
quanto Ă sua resistĂȘncia Ășltima e, simultaneamente, obedecendo a certos critĂ©rios relativos
aos estados de utilização, sobretudo o de fissuração (Guimarães, 1980);
h. Hå similaridades entre o ACI 318-95 e o Guia da CIRIA, apesar das diferenças no conceito
de projeto: ambos os métodos assumem que a ruptura de vigas-parede ocorre a partir de
106
uma fissura diagonal principal que se estende do apoio ao ponto de aplicação da carga. A
capacidade de suporte de carga Ășltima Ă© obtida atravĂ©s de regras empĂricas nas quais as
contribuiçÔes do concreto, da armadura de alma e armadura principal são incorporadas;
i. Os valores de resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento para vigas-parede de pequena espessura
ensaiadas por Cusens e Besser (Cusens, A. R., 1990) mostram que os valores de projeto
de carga Ășltima apresentados tanto pela CIRIA quanto pelo ACI estĂŁo muito prĂłximos
dos valores da carga de aparecimento da primeira fissura diagonal;
j. De um ponto de vista teórico, o método apresentado pelo ACI pode não satisfazer a
condição de compatibilidade, a menos que os materiais (concreto e aço) sejam assumidos
ter plasticidade infinita;
k. Todos os valores obtidos para RACI95 mostrados na Tabela 4.1 foram inferiores Ă unidade,
inclusive para as vigas que romperam localmente;
l. Considerando-se as vigas que não romperam localmente, tem-se para a média e o desvio
padrĂŁo de RACI95 , o valor de 0.57 e de 0.14, respectivamente. O baixo valor encontrado
para a média de RACI95 deve-se, provavelmente, aos vårios fatores comentados nos itens
acima;
m. Os piores resultados de RACI95, ou seja, os valores de RACI95 mais afastados da unidade,
foram encontrados para as vigas submetidas a um carregamento uniformemente
distribuĂdo. Para a viga VB23-18 o valor de RACI95 foi de 0.28, ou seja, a carga Ășltima
prevista foi praticamente 1/4 do valor da carga Ășltima experimental.
5.5 - MĂTODO DO CAMINHO DA FORĂA COMPRESSIVA
a. No cålculo da força que age na biela horizontal e da força que age na biela inclinada, não é
levado em conta que a tensĂŁo atuante nĂŁo Ă© fc' , e, sim, algum valor menor do que fc
' ,
107
dependendo se a região estå submetida somente a esforços de compressão ou se hå
também esforços de tração. O autor do método não utiliza a redução existente para a
tensão de compressão. Esta redução é requerida em normas de projeto como a CAN3-
A23.3-M84 (1984) e o CEB-FIP (1990), para levar em conta a resistĂȘncia real da biela, a
qual Ă© inferior Ă fc' ;
b. Para a biela inclinada Ă© considerada uma largura de a/3 ou a prĂłpria largura do apoio, se o
valor desta Ășltima for superior ao da primeira. Pelo mĂ©todo, deve-se ajustar a largura da
viga, b, caso a largura a/3 citada acima nĂŁo satisfaça o equilĂbrio de forças. Contudo, como
as vigas utilizadas jå estavam com armadura, dimensÔes e carregamento pré- determinados,
e somente a carga Ășltima era procurada, essa checagem de equilĂbrio nĂŁo influenciou o
valor da carga Ășltima resultante, pois as dimensĂ”es das vigas nĂŁo poderiam ser mudadas,
independentemente da obtenção ou nĂŁo do equilĂbrio considerado. Como foi obtida a carga
Ășltima experimental para todas as vigas, o que significa que os ensaios foram realizados atĂ©
que as vigas fossem rompidas, o valor de bc fc' ' senÏ , considerando-se c' igual ao maior
valor entre a/3 e a largura do apoio, deveria ser sempre igual ou inferior à reação de
apoio. Todavia, isto nĂŁo ocorreu nas vigas VM11-12, VM21-18, VM21-24, WMP51-18,
WME51-12, WMP71-18, VM12-18 e WM32-18, o que significa que, por este método,
estas vigas nĂŁo deveriam ter rompido com a carga determinada. Isto se deve
particularmente ao fato de não ter sido considerado um fator de redução para a tensão de
compressĂŁo nas bielas e de ter-se usado o valor a/3 jĂĄ comentado para a largura da biela
inclinada, nĂŁo se determinando realmente esta largura;
c. Pelo mĂ©todo, sĂŁo utilizadas somente equaçÔes de equilĂbrio; nĂŁo sĂŁo levadas em
consideração equaçÔes de compatibilidade e relaçÔes de tensão-deformação, conforme as
estabelecidas no método do Modelo de Treliça com Amolecimento;
d. Neste mĂ©todo nĂŁo Ă© considerada a influĂȘncia da armadura de alma na resistĂȘncia da viga;
e. Na Tabela 4.2 encontram-se os valores de c'CFC e de c''
CFC, definidos no item 4.5. Para as
vigas submetidas a carregamento uniformemente distribuĂdo os valores de c'CFC e de c''
CFC
108
obtidos foram muito prĂłximos entre si. Para as demais hĂĄ valores discrepantes, com
algumas exceçÔes;
f. A mĂ©dia (”) e o desvio padrĂŁo (Ï) de RCFC para as 26 vigas-parede que nĂŁo romperam
localmente foram de 0.91 e de 0.25, respectivamente;
g. As vigas que romperam localmente deveriam apresentar para RCFC um valor superior Ă
unidade, pois romperam prematuramente e, assim, não alcançaram sua capacidade måxima
de carga. Porém, do mesmo modo como obtido para o método do Modelo de Bielas e
Tirantes Refinado (item 5.8), os valores da razĂŁo entre a carga Ășltima prevista e a
experimental foram inferiores Ă unidade para as vigas submetidas a carregamento
uniformemente distribuĂdo com rompimento local. O mesmo aconteceu com a viga
WAP5-18;
h. Todas as vigas submetidas a carregamento uniformemente distribuĂdo apresentaram
resultados conservativos; o pior resultado foi obtido para a viga WB43-18 (RCFC = 0.56);
i. As vigas VM12-12, VM22-18/25, VM22-24 (sem armadura de alma) e as WM12-12,
WM22-18/25, WM22-24 (idĂȘnticas Ă s primeiras, diferenciando-se somente pela presença
de armadura de alma) ensaiadas por GuimarĂŁes apresentaram resultados nĂŁo conservativos.
Para a viga VM22-24 foi encontrado o pior resultado (valor de RCFC mais afastado da
unidade): 1.35, indicando uma resistĂȘncia Ășltima calculada 35.0% superior Ă real;
j. As vigas WM12-12, WM22-18/25, WM22-24, que se diferenciam entre si principalmente
pela presença e dimensÔes da rigidez de apoio apresentaram resultados de RCFC muito
prĂłximos entre si. O mesmo nĂŁo aconteceu com as vigas VM12-12, VM22-18/25 e
VM22-24, indicando que na presença de armadura de alma hå pouca dispersão de
resultados, apesar das diferenças na rigidez de apoio;
k. Todas as vigas ensaiadas por Velasco (1984), com exceção da viga WMP72-18 e da
WME72-12, apresentaram resultados conservativos. Os melhores resultados foram obtidos
109
para as vigas WMP53-18 (RCFC = 0.90) e WME53-12 (RCFC = 0.99) e o valor de RCFC
mais afastado da unidade foi encontrado para a viga WAE5-12 (RCFC = 0.64). Analisando
as duplas de vigas que se diferenciam fundamentalmente pela presença ou não de rigidez
nos apoios, pode-se concluir que nĂŁo houve influĂȘncia dessa rigidez nos resultados de
RCFC para as vigas médias com taxa geométrica de armadura 1.
5.6 - MĂTODO DE ANĂLISE PARA VIGAS-PAREDE BIAPOIADAS SEGUNDO
SUBEDI
a. No caso da resistĂȘncia Ă flexĂŁo, o autor do presente mĂ©todo (Subedi, 1988) sugere que a
carga Ășltima seja obtida a partir de compatibilidade de deformaçÔes, da mesma maneira que
nas vigas comuns, ou seja, é sugerida a utilização de um diagrama linear de deformaçÔes.
Contudo, é sabido que, numa viga-parede, tanto o diagrama de deformaçÔes quanto o de
tensÔes em qualquer seção da viga exibe um comportamento não linear;
b. Pelo método, é estabelecido que se a viga é superarmada à tração, então, a ruptura é
governada pela resistĂȘncia da alma em fendilhamento diagonal, e a armadura principal serĂĄ
somente parcialmente efetiva;
c. O método proposto examina cada viga pela sua capacidade na seção do meio do vão e na
sua alma. A mais fraca das duas regiĂ”es irĂĄ decidir seu modo de ruptura e a resistĂȘncia
Ășltima;
d. A altura do bloco de compressão para o Estågio II é calculada pela consideração do
equilĂbrio das forças horizontais na seção inclinada da viga (Fig. 2.38). O seu valor nĂŁo
pode ser fixado com base numa simples proporção de altura, e varia de acordo com a
resistĂȘncia Ă compressĂŁo da viga, com sua armadura principal e de alma, com a resistĂȘncia
do concreto e com a geometria;
110
e. O mĂ©todo proposto apresenta uma fĂłrmula para uso no EstĂĄgio II, a partir do equilĂbrio
de forças no plano inclinado considerado. Nessa fórmula estão presentes os principais
parĂąmetros que influenciam o modo de ruptura da viga e sua resistĂȘncia Ășltima. Esses
parĂąmetros englobam a resistĂȘncia dos materiais (f c' , f wy e f sy ), a quantidade de armadura
( As , Ah e Av ), a geometria da viga (" , h, b) e a posição da carga (x, xâ);
f. O autor desse método de anålise (Subedi, 1988), para validação do método proposto,
utiliza para comparação de carga Ășltima e do modo de ruptura os resultados previstos com
os resultados obtidos através do ensaio de 19 vigas-parede realizado por ele próprio
(Subedi, 1986), de 35 vigas-parede ensaiadas por Kong (Kong et al., 1970) e de 52
vigas-parede ensaiadas por Smith e Vantsiotis (1982). Os resultados obtidos foram
razoåveis, em média, mas chegando a apresentar vårios valores discrepantes de carga
Ășltima, principalmente para as vigas ensaiadas por Kong e Smith e Vantsiotis (ver item
6.2.2);
g. As vigas ensaiadas por GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos (1982) e Velasco (1984)
possuĂam valores de relaçÔes de parĂąmetros como " h , x h , A bds , A b sh h e A bsv v
dentro ou próximo dos limites das 158 vigas-parede analisadas por Subedi (1988) através
do método proposto, havendo uma grande discrepùncia somente no valor da relação h/b
para as vigas ensaiadas por Velasco. Para essas vigas tem-se a relação h/b de 10.67, 16 ou
24, enquanto que as 158 vigas analisadas por Subedi apresentavam um intervalo de h/b de
3.5 a 10.0;
h. As vigas com " /h = 2.0 apresentaram uma relação RAVPB muito baixa, variando de 0.23 a
0.40. Como essas foram as Ășnicas vigas ensaiadas que apresentavam como carregamento
uma carga uniformemente distribuĂda no bordo superior e tendo em vista que todas as 158
vigas utilizadas por Subedi para validação do método eram submetidas à ação de duas
cargas concentradas, pode-se concluir que alguma modificação deve ser necessåria no
mĂ©todo para tornĂĄ-lo aplicĂĄvel a vigas sujeitas a cargas distribuĂdas;
111
i. Na previsĂŁo do modo de ruptura das 37 vigas, nĂŁo foi encontrado nenhum mecanismo de
ruptura de flexĂŁo-cisalhamento, o que seria o caso para as vigas VM21-18, VM21-24,
WMP51-18, WME51-12, WMP71-18, WME71-12, WAP7-18 e WAE7-12; ou seja: o
método não conseguiu prever corretamente o modo de ruptura em se tratando de flexão-
cisalhamento;
j. As vigas altas (WAP5-18, WAE5-12, WAP7-18, WAE7-12) apresentam RAVPB superior a
1.0, variando de 1.13 a 1.23, indicando uma carga Ășltima de ruptura prevista superior Ă
real;
k. A média obtida para RAVPB foi de 0.72 e o desvio padrão de 0.27. Nos cålculos, não
foram considerados os valores relativos Ă s vigas que sofreram ruptura local. Se as vigas
submetidas a um carregamento uniformemente distribuĂdo nĂŁo forem consideradas, esses
valores mudam para 0.83 e para 0.17, respectivamente;
l. Comparando-se o modo de ruptura previsto para as 26 vigas que nĂŁo romperam
localmente (Tabela 4.2) com o real (Tabela 3.4) pode ser observado que nĂŁo hĂĄ
concordĂąncia de mecanismo de ruptura para 9 das 26 vigas apresentadas, o que equivale Ă
35 % desse total, o que pode ser considerada uma porcentagem bem significativa.
5.7 - MĂTODO DO MODELO DE TRELIĂA COM AMOLECIMENTO
a. A fĂłrmula explĂcita proposta leva em conta os fatores mais importantes na resistĂȘncia ao
cisalhamento de vigas-parede: a relação a/h, a resistĂȘncia do concreto (fc' ) e do aço, a taxa
mecĂąnica de armadura longitudinal (wl ) e a taxa mecĂąnica de armadura transversal (wt )
das vigas;
b. Na fĂłrmula explĂcita (2.19) estĂĄ presente o parĂąmetro w", definido como taxa mecĂąnica de
armadura longitudinal. No cĂĄlculo desse parĂąmetro estĂĄ presente Ï", que Ă© a taxa
112
geomĂ©trica de armadura longitudinal. Dessa maneira, Ă© perceptĂvel que nĂŁo hĂĄ distinção
entre a armadura de alma horizontal e a armadura principal (tanto de tração quanto de
compressĂŁo). Todas essas armaduras estĂŁo incorporadas igualmente em Ï", pelo fato de
estarem presentes no elemento de cisalhamento considerado, contribuindo para a
resistĂȘncia ao cisalhamento;
c. O método só é aplicåvel a vigas-parede que rompem por cisalhamento. Contudo, não é
salientado como ter conhecimento a priori (sem a realização de ensaios) do mecanismo de
ruptura desse tipo de vigas, com precisão suficiente, para saber se o método pode ou não
ser aplicado;
d. Ă assumido o escoamento tanto da armadura horizontal quanto da vertical, o que nem
sempre ocorre em se tratando de cisalhamento como modo de ruptura;
e. SĂŁo utilizados valores limites para w"e para wt , pois Ă© considerado que a resistĂȘncia
Ășltima ao cisalhamento pode nĂŁo ser controlada pelo escoamento do aço. Em tais casos, a
Eq. (2.19) Ă© ainda aplicĂĄvel com os limites superiores de w"e w t , mas os resultados
apresentados podem ser ligeiramente conservativos;
f. Toda a dedução para se chegar à fórmula (2.19) é feita a partir de uma viga-parede
biapoiada submetida à ação de duas cargas concentradas no bordo superior. A validação do
mĂ©todo Ă© realizada com base na comparação dos resultados de carga Ășltima de 63 vigas-
parede, 15 das quais ensaiadas por Kong (Kong et al., 1970), 46 ensaiadas por Smith e
Vantsiotis (1982) e 2 por de Paiva e Siess (1965). Todas as vigas acima referidas
romperam por cisalhamento, estavam submetidas a duas cargas concentradas aplicadas no
bordo superior e obedeciam aos limites estipulados de a até e no item 2.13.10.2. Os
resultados obtidos foram bastante razoĂĄveis, obtendo-se para RMTA, sendo RMTA =
PU(MTA)/PU(TESTE), o valor médio de 1.01 e o desvio padrão de 0.08;
g. Considerando-se somente as vigas marcadas com o sĂmbolo * , que sĂŁo aquelas que
apresentam as condiçÔes recomendadas para a aplicação da fĂłrmula explĂcita representada
113
pela Eq. 2.19, além de romperem por cisalhamento e serem submetidas a forças
concentradas no bordo superior, que são as condiçÔes utilizadas no desenvolvimento de
todo o processo do método iterativo numérico que gerou a fórmula simplificada, tem-se
para a mĂ©dia (”) e o desvio padrĂŁo (Ï) de RMTA, 1.07 e 0.14, respectivamente. Por estes
valores apresentados, pode-se dizer que a previsĂŁo feita para a carga Ășltima de
cisalhamento Ă© bem razoĂĄvel. Contudo, Ă© necessĂĄrio salientar que somente 7 das 37 vigas-
parede ensaiadas apresentaram essas condiçÔes e que, assim, nenhuma conclusão definitiva
pode ser concebida com base nesses resultados;
h. Pelo fato de o interesse principal do presente trabalho ser a obtenção de um método
simples que possa ser aplicado ao maior nĂșmero possĂvel de vigas-parede, e que apresente
resultados de carga Ășltima os mais prĂłximos possĂveis dos reais (obtidos
experimentalmente), na Tabela 4.1 encontram-se resultados de carga Ășltima gerados pela
fórmula (2.19) para todas as 37 vigas-parede referidas nas dissertaçÔes de Guimarães
(1980), Vasconcelos (1982) e Velasco (1984) obedecendo ou não às restriçÔes citadas no
item f. A média obtida para RMTA foi de 1.08 e o desvio padrão foi de 0.26. Nesse cålculo
não foram consideradas as vigas que romperam localmente. O valor médio encontrado foi
bem razoåvel, apesar de ser contra a segurança; porém, o desvio padrão foi relativamente
alto, donde se conclui que realmente o método não gera bons resultados quando aplicado a
vigas que não estão de acordo com as restriçÔes jå citadas;
i. Pode ser notado pela Tabela 4.1 que todas as vigas que foram submetidas a carregamento
uniformemente distribuĂdo, tanto com quanto sem armadura de alma, independentemente
do seu modo de ruptura, apresentaram resultados conservativos;
j. Todas as vigas apresentaram resultados de carga Ășltima prevista nĂŁo conservativos, com
exceção daquelas submetidas a um carregamento uniformemente distribuĂdo e das vigas
WMP53-18 e WME53-12.
Conforme jĂĄ dito no item 4.7, a fĂłrmula apresentada por Ramakrishnan e
Ananthanarayana (Ramakrishnan e Ananthanarayana, 1968) e a fĂłrmula apresentada por
114
de Paiva e Siess (de Paiva e Siess, 1965), para cĂĄlculo da carga Ășltima, foram utilizadas por
Mau e Hsu, autores do método em questão, para comparação de resultados em Mau e Hsu
(1989), o que tornou interessante a utilização de ambas também no presente trabalho, para
efeito de comparação de resultados. Os comentårios sobre as referidas fórmulas encontram-se
a seguir.
âą FĂłrmula de Ramakrishnan e Ananthanarayana
A fĂłrmula de Ramakrishnan e Ananthanarayana (Eq. 4.1) nĂŁo Ă© exatamente uma
fĂłrmula empĂrica. Ela Ă© desenvolvida baseada na suposição de que a resistĂȘncia ao
cisalhamento de vigas-parede depende somente da resistĂȘncia Ă fissuração do concreto. Esta
fĂłrmula sĂł leva em conta a resistĂȘncia cilĂndrica de fendilhamento do concreto e a geometria
da seção transversal da viga, não considerando a contribuição da armadura de alma e nem a
influĂȘncia da relação a/h.
Para f t foi utilizada a resistĂȘncia ao fendilhamento obtida experimentalmente para as
vigas, para a obtenção dos resultados da segunda coluna de RRA (Tabela 4.1). Usando os
valores de f t fornecidos por Kong, Robins e Cole (1970), o valor de f t pode ser relacionado
a fc' através da fórmula f t = 7.2 fc
' (com fc' em psi), sem grande erro, equivalente Ă
f t = 0.598 fc' (MPa). O valor de f t utilizado para a previsĂŁo da carga Ășltima tambĂ©m foi
obtido desta maneira, e os resultados encontram-se na primeira coluna de RRA.
GuimarĂŁes (1980) utiliza, na comparação da resistĂȘncia Ășltima de cisalhamento, a
fĂłrmula V f bhU t= 112. , que Ă© uma variante da fĂłrmula original. Ramakrishnan e
Ananthanarayana verificaram, experimentalmente, que a substituição de Ï2
por 1.12, na
fĂłrmula, gerava melhores resultados. Contudo, isto nĂŁo foi verificado para as vigas ensaiadas
pelo prĂłprio GuimarĂŁes. Para elas, o fator Ï2
gerou valores de resistĂȘncia mais prĂłximos dos
experimentais do que o fator 1.12.
115
A mĂ©dia (”) e o desvio padrĂŁo (Ï) de RRA foram de 0.88 e 0.16, respectivamente,
para as vigas assinaladas com * . Para as 26 vigas que nĂŁo romperam localmente, tem-se 0.97
para a mĂ©dia (”) dos valores da primeira coluna deRRA e ,para o desvio padrĂŁo (Ï) respectivo,
0.29. Para os valores da segunda coluna de RRA tem-se, respectivamente, 0.76 e 0.24 para a
média e o desvio padrão. Desse modo, para as 26 vigas consideradas, os dois valores de
desvio padrĂŁo encontrados foram relativamente altos, donde se conclui que a fĂłrmula
representada pela Eq. (4.1) nĂŁo gera resultados adequados para uma grande parte das vigas.
âą FĂłrmula de de Paiva e Siess
A fórmula proposta por de Paiva e Siess (Eq. 4.2) é uma modificação de uma fórmula
mais primitiva, de Laupa, Siess e Newmark (1989). Ela leva em conta a geometria da viga
(incluindo o vĂŁo livre de cisalhamento), a resistĂȘncia Ă compressĂŁo cilĂndrica do concreto e a
armadura longitudinal total (armadura principal + armadura horizontal de alma), nĂŁo
considerando a armadura de alma transversal.
Para as vigas assinaladas com * , a mĂ©dia (”) e o desvio padrĂŁo (Ï) de RPS foram de
0.91 e 0.11, respectivamente. Para as 26 vigas que nĂŁo romperam localmente tem-se 0.92 para
o valor médio de RPS e 0.24 para o desvio padrão respectivo. Assim sendo, a fórmula
proposta por de Paiva e Siess também apresentou um desvio padrão relativamente alto quando
de sua aplicação nas vigas consideradas e, dessa maneira, também não fornece uma boa
aproximação de carga Ășltima.
5.8 - MĂTODO DOMODELO DE BIELAS E TIRANTES REFINADO
a. Siao (1995) obtĂ©m uma fĂłrmula para o cĂĄlculo da resistĂȘncia Ășltima ao cisalhamento de
vigas-parede, a partir do equilĂbrio de forças de um modelo refinado de bielas e tirantes. Na
116
fĂłrmula apresentada, todos os principais parĂąmetros (ver item 2.6) que influenciam a
resistĂȘncia ao cisalhamento de tais vigas sĂŁo levados em conta (direta ou indiretamente);
b. Siao (1995) sugere que a resistĂȘncia Ă flexĂŁo seja calculada atravĂ©s do equilĂbrio de
momentos das forças externas (carga aplicada e reação de apoio) e das forças internas
(força de compressão resistente do concreto e força de tração da armadura principal), que
Ă© essencialmente o procedimento de cĂĄlculo adotado pelo CEB-FIP de 1978. HĂĄ uma
diferença, contudo, no cålculo do braço de alavanca utilizado, em relação ao utilizado por
este Ășltimo. Siao sugere que z tenha o mesmo valor de d. Assim, o braço de alavanca
estaria relacionado somente com a altura da viga, sendo negligenciada a sua variação com
o comprimento da viga e com a taxa geométrica de armadura principal da mesma;
c. Não é feita nenhuma verificação de tensão nas bielas, nos nós e nas ancoragens;
d. No método apresentado é sugerido que o valor de f t seja obtido através da utilização da
fĂłrmula f ft c= 6 96. ' (psi), equivalente Ă f ft c= 0578. ' (MPa). O valor assim
encontrado difere um pouco do valor recomendado pelo ACI 318-95 (1995), que Ă© o
obtido através da fórmula f ft c= 6 7. ' (psi), equivalente à f ft c= 0556. ' (MPa);
e. Siao (1995) apresenta uma tabela com as cargas de ruptura previstas pelo método, para
comparação com as cargas de ruptura reais para 35 vigas-parede. Nesta comparação, ele
obtĂ©m para P PU p (carga Ășltima / carga prevista) um valor mĂ©dio de 1.01 e um desvio
padrĂŁo de 0.12. Todas as cargas Ășltimas previstas que constam na tabela apresentada sĂŁo
obtidas a partir da fĂłrmula (2.24). Contudo, 10 das vigas analisadas, apesar de terem
rompido por fendilhamento diagonal na prĂĄtica, apresentaram uma carga calculada de
ruptura por flexĂŁo menor do que a de cisalhamento e, assim, a carga Ășltima de flexĂŁo Ă© que
deveria estar presente na tabela, para essas vigas. Considerando a referida carga para as 10
vigas citadas, o valor médio de P PU p aumentaria, assim como o desvio padrão;
117
f. A taxa geomĂ©trica de armadura principal nĂŁo Ă© considerada no cĂĄlculo da resistĂȘncia ao
cisalhamento, no método do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado, diferentemente do que
ocorre no mĂ©todo do Modelo de Treliça com Amolecimento. Nesse Ășltimo, conforme jĂĄ
comentado, a resistĂȘncia ao cisalhamento Ă© calculada tendo Ï" como um dos parĂąmetros,
sendo Ï" definido como a taxa geomĂ©trica de armadura longitudinal, a qual abrange a
armadura de alma e a armadura principal. No primeiro mĂ©todo, em VU (resistĂȘncia ao
cisalhamento), o parĂąmetro Ï h engloba somente a armadura de alma horizontal,
negligenciando a contribuição da armadura principal;
g. Para as vigas-parede ensaiadas, a mĂ©dia (”) deRMBTR foi de 0.88 e o desvio padrĂŁo (Ï)
encontrado foi de 0.22. Nesse cĂĄlculo nĂŁo foram consideradas as vigas que romperam
localmente;
h. Considerando-se apenas as vigas submetidas à ação de duas cargas concentradas no bordo
superior e que não romperam localmente, obtém-se 0.95 para a média de RMBTR e 0.18 para
o desvio padrĂŁo;
i. Todas as 12 vigas ensaiadas por Velasco, independentemente de serem altas (h = 1200 mm)
ou mĂ©dias (h = 800 mm) e de possuĂrem menor ou maior taxa geomĂ©trica de armadura
principal e de, ainda, terem espessura de 50.0 ou 75.0 mm, apresentaram resultados de
carga Ășltima conservativos, porĂ©m prĂłximos dos reais. Para as vigas WMP51-18 e
WME51-12 foram encontrados os piores resultados de RMBTR , ou seja, os mais afastados
da unidade: 0.75 e 0.71, respectivamente. Analisando as duplas de vigas que se diferenciam
basicamente por possuĂrem ou nĂŁo rigidez nos apoios, pode-se concluir que a presença
dessa rigidez nĂŁo influenciou significativamente os resultados de RMBTR obtidos;
j. As vigas médias, ensaiadas por Velasco, com maior taxa geométrica de armadura principal
apresentaram resultados melhores (mais prĂłximos da carga Ășltima experimental) do que as
mesmas com menor taxa;
118
k. As vigas altas com espessura de 75.0 mm apresentaram resultados melhores do que as
mesmas com espessura de 50.0 mm. O mesmo aconteceu com as vigas médias, indicando
que o método é menos preciso para vigas de pequena espessura;
l. Para todas as vigas que romperam localmente, dever-se-ia ter um valor de RMBTR superior
Ă unidade, pois as mesmas nĂŁo atingiram sua capacidade mĂĄxima de carga. Contudo, isso
nĂŁo se verifica para nenhuma das vigas submetidas a carregamento uniformemente
distribuĂdo e que romperam localmente, e nem para as vigas WAP5-18 e WM12-18. Esta
Ășltima, porĂ©m, apresentou RMBTR = 0.99, indicando que o rompimento local ocorreu
praticamente simultaneamente Ă obtenção da resistĂȘncia Ășltima;
m. Todas as vigas submetidas a um carregamento uniformemente distribuĂdo apresentaram
resultados conservativos, independentemente de possuĂrem ou nĂŁo armadura de alma e da
espessura de rigidez de apoio. Os valores podem ser obtidos na Tabela 4.1;
n. Todas as vigas ensaiadas por Vasconcelos submetidas à ação de duas cargas concentradas
apresentaram resultados nĂŁo conservativos, excetuando-se somente a viga WM12-18 jĂĄ
referida no item l;
o. Para as vigas VM11-12, VM21-18 e VM21-24 os resultados de carga Ășltima foram
conservativos, porĂ©m prĂłximos dos reais. Essas 3 vigas possuĂam uma taxa geomĂ©trica de
armadura principal inferior Ă s demais vigas ensaiadas por GuimarĂŁes, e nĂŁo possuĂam
armadura de alma. Para as demais vigas referidas os resultados nĂŁo foram conservativos,
exceção feita à viga WM22-18/25. A maior discrepùncia foi encontrada para a viga VM12-
12: um valor de RMBTR de 1.33, indicando uma resistĂȘncia prevista 33.0% superior Ă real.
Comparando- se as vigas VM12-12 com WM12-12, VM22-18/25 com WM22-18/25 e
VM22-24 com WM22-24 pode-se concluir que a presença da armadura de alma fez com
que as vigas que a possuĂam apresentassem resultados de carga Ășltima mais prĂłximos dos
reais do que as sem essa armadura;
119
p. Ă interessante notar que todas as vigas que romperam por flexĂŁo ou por flexĂŁo-
cisalhamento tiveram sua carga Ășltima prevista obtida atravĂ©s da fĂłrmula de flexĂŁo, jĂĄ
comentada no item b, ou seja, o resultado de resistĂȘncia Ășltima obtido por esta fĂłrmula foi
inferior ao obtido pela fĂłrmula de cĂĄlculo da resistĂȘncia de cisalhamento. JĂĄ as que
romperam por cisalhamento tiveram sua carga Ășltima prevista obtida a partir da fĂłrmula
representada pela Eq. (2.24), indicando que a carga Ășltima de cisalhamento assim
encontrada foi inferior à obtida pela fórmula de flexão. Desta maneira, o método, apesar
de nĂŁo ter a intenção de prever o modo de ruptura das vigas, acaba por fazĂȘ-lo com
grande precisĂŁo, tendo em vista que nĂŁo hĂĄ uma formulação especĂfica de cĂĄlculo de carga
Ășltima para flexĂŁo-cisalhamento.
CAPĂTULO V I
6. ANĂLISE DE VIGAS APRESENTADAS NA L ITERATURA
VĂĄrios mĂ©todos descritos no CapĂtulo II (item 2.13) foram validados a partir de
resultados de carga Ășltima gerados atravĂ©s de ensaios descritos na literatura. Os resultados
mais utilizados com esta finalidade foram os obtidos por Kong et al. (1970), Smith e
Vantsiotis (1982) e de Paiva e Siess (1965). Todas as vigas ensaiadas eram biapoiadas e
estavam submetidas à ação de duas cargas concentradas no bordo superior, aplicadas a 1/3 e
a 2/3 do vão. A relação "/h para as vigas ensaiadas por Kong (Tabela 6.1) varia de 1.0 a 3.0.
Para as ensaiadas por Smith e Vantsiotis (Tabela 6.2), essa relação varia de 2.29 a 4.14 e para
as ensaiadas por de Paiva e Siess (Tabela 6.4), a variação é de 1.85 a 3.43. Para vårias normas
de projeto, como o Guia 2 da CIRIA (1977), o CEB-FIP (1978) e a NBR 6118 (1978), por
exemplo, uma viga biapoiada Ă© considerada uma viga-parede quando apresenta "/h < 2.0.
Assim, para essas normas, uma parte das vigas referidas acima nĂŁo poderia ser considerada
uma viga-parede (ver item 2.3).
Para efeito de comparação e anålise de resultados de uma forma mais global, serão
apresentadas neste capĂtulo as propriedades das vigas ensaiadas pelos pesquisadores acima
referidos. Visando uma uniformização, todos os valores encontrados nas tabelas relacionadas
acima, originalmente em unidades inglesas, estĂŁo apresentados em unidades do Sistema
Internacional. A conversĂŁo de unidades foi feita a partir da Tabela de ConversĂŁo de Unidades
inserida no inĂcio dessa dissertação. A notação original apresentada para as vigas foi mantida.
Maiores detalhes, como o detalhamento, a disposição das armaduras e demais caracterĂsticas
relevantes nĂŁo comentadas no decorrer do presente trabalho, podem ser obtidos diretamente
das referĂȘncias Kong et al. (1970), Smith e Vantsiotis (1982) e de Paiva e Siess (1965). A
seguir, serĂŁo apresentados os resultados de carga Ășltima obtidos experimentalmente e os
obtidos através de vårios métodos de cålculo para essas vigas. O objetivo é a comparação e
121
uma anĂĄlise global de resultados obtidos a partir dessas vigas com aqueles encontrados a
partir das 37 vigas-parede ensaiadas por GuimarĂŁes (1980), Vasconcelos (1982) e Velasco
(1984), visando obter, dentre os métodos pesquisados, o que melhor se adapte ao
dimensionamento de tais vigas.
Não serão considerados os métodos de dimensionamento mais antigos como o CEB-
FIP de 1978 e o Guia da CIRIA de 1977 por apresentarem um processo de cĂĄlculo jĂĄ bastante
comentado, ao longo dos anos, por vĂĄrios pesquisadores (Kong et al., 1986; Subedi,
1988;GuimarĂŁes, 1980; Vasconcelos, 1982; Velasco, 1984; Tan et al., 1997; Subedi, 1986).
O ACI 318-95 (1995) por possuir a mesma formulação do ACI 318-83 (1983) e jå tendo
sido este também muito comentado (Rogowsky e MacGregor, 1986; Rogowsky et al., 1986;
Subedi, 1988; GuimarĂŁes, 1980; Vasconcelos, 1982; Velasco, 1984; Tan et al., 1997), da
mesma forma nĂŁo serĂĄ considerado.
Dos métodos de cålculo mais recentes, somente o do Caminho da Força Compressiva
nĂŁo serĂĄ discutido neste capĂtulo, por jĂĄ ter sido mostrado nĂŁo ser um mĂ©todo razoĂĄvel (ver o
primeiro comentĂĄrio do item 5.5).
6.1 - PROPRIEDADES DOS MATERIAIS, GEOMETRIA E ARMADURA
DAS VIGAS
6.1.1. - Vigas ensaiadas por Kong et al.
Na Tabela 6.1 encontram-se as propriedades de 35 vigas estudadas experimentalmente
por Kong et al. (1970). Todas as vigas possuĂam " = 762 mm , b = 76 mm, h - d = 38 mm,
As = 1Ï19.0 mm = 284mm2 com f sy= 292.0 MPa; Ïh para as SĂ©ries 6 e 7 foi tomado como
(årea total de armadura de alma/seção transversal da viga).
122
6.1.2. - Vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis
Na Tabela 6.2 encontram-se as propriedades das 52 vigas ensaiadas por Smith e
Vantsiotis (1982). Todas as vigas possuĂam As = 3 Ï 16.0 mm=603 mm2, Ïs = A
bds 100 194%= .
e Asâ = 1 Ï 6.3 mm = 31 mm2, Ïs
â = A
bds'
.100 010%= , sendo Asâ e Ïs
â , a ĂĄrea da armadura
principal de compressão e sua taxa geométrica, respectivamente. Todas apresentavam
h = 355.6 mm, d = 304.8 mm e b = 101.6 mm. A armadura de alma foi constituĂda por barras
de Ï = 6.3 mm.
Como o valor de f t nĂŁo era um dado disponĂvel dos ensaios, o seu cĂĄlculo foi feito a
partir da expressĂŁo abaixo (Tan et al., 1997):
f t = 0.32 (f c' )2/3 (6.1)
onde a unidade de f t e f c' Ă© MPa.
Na Tabela 6.3 encontram-se as propriedades das barras constituintes das armaduras das
52 vigas.
6.1.3. - Vigas testadas por de Paiva e Siess
Na Tabela 6.4 encontram-se as propriedades das 19 vigas ensaiadas por de Paiva e
Siess (1965). Para todas as vigas tem-se " = 609.6 mm , " t = 711.2 mm e a = 203.2 mm.
A armadura de alma apresentada pelas vigas G33S-12, G33S-32, F3S3, F3S2, F4S22
e F4S1 consiste de estribos verticais e a apresentada pelas vigas F2S2 e F2S1 consiste de
estribos inclinados. Os estribos possuem Ï = 4.5 mm e fwy = 220.64 MPa. Os detalhes da
armação podem ser obtidos diretamente de de Paiva e Siess (1965).
123
Como o valor de f t nĂŁo era um dado disponĂvel dos ensaios, o seu cĂĄlculo foi feito a
partir da expressĂŁo (6.1).
VIGAS Ïs
(%)
Ïh
(%)
Ïv
(%)
f wy
(MPa)
h
(mm)
a
(mm)
" /h " /d a/d a/h x/h f c'
(MPa)
f t
(MPa)
1-301-251-201-151-10
0.520.630.791.091.73
0.000.000.000.000.00
2.452.452.452.452.45
285.0285.0285.0285.0285.0
762635508381254
254254254254254
1.01.21.52.03.0
1.051.281.622.223.53
0.350.430.540.741.18
0.330.400.500.671.00
0.230.280.350.470.70
21.925.021.721.722.1
2.883.022.842.842.88
2-302-252-202-152-10
0.520.630.791.091.73
0.000.000.000.000.00
0.860.860.860.860.86
309.0309.0309.0309.0309.0
762635508381254
254254254254254
1.01.21.52.03.0
1.051.281.622.223.53
0.350.430.540.741.18
0.330.400.500.671.00
0.230.280.350.470.70
19.619.020.323.220.5
2.672.602.742.952.78
3-303-253-203-153-10
0.520.630.791.091.73
2.452.452.452.452.45
0.000.000.000.000.00
285.0285.0285.0285.0285.0
762635508381254
254254254254254
1.01.21.52.03.0
1.051.281.622.223.53
0.350.430.540.741.18
0.330.400.500.671.00
0.230.280.350.470.70
23.021.419.622.323.1
2.902.812.662.942.75
4-304-254-204-154-10
0.520.630.791.091.73
0.860.860.860.860.86
0.000.000.000.000.00
309.0309.0309.0309.0309.0
762635508381254
254254254254254
1.01.21.52.03.0
1.051.281.622.223.53
0.350.430.540.741.18
0.330.400.500.671.00
0.230.280.350.470.70
22.421.420.522.423.1
2.622.812.932.622.75
5-305-255-205-155-10
0.520.630.791.091.73
0.610.610.610.610.61
0.610.610.610.610.61
285.0285.0285.0285.0285.0
762635508381254
254254254254254
1.01.21.52.03.0
1.051.281.622.223.53
0.350.430.540.741.18
0.330.400.500.671.00
0.230.280.350.470.70
18.919.620.522.323.0
2.552.662.932.942.90
6-306-256-206-156-10
0.520.630.791.091.73
0.510.510.510.510.51
0.000.000.000.000.00
309.0309.0309.0309.0309.0
762635508381254
254254254254254
1.01.21.52.03.0
1.051.281.622.223.53
0.350.430.540.741.18
0.330.400.500.671.00
0.230.280.350.470.70
26.625.626.626.625.6
3.113.043.113.113.04
7-30A7-30B7-30C7-30D7-30E
0.520.520.520.520.52
0.000.170.340.680.85
0.000.000.000.000.00
309.0309.0309.0309.0309.0
762762762762762
254254254254254
1.01.01.01.01.0
1.051.051.051.051.05
0.350.350.350.350.35
0.330.330.330.330.33
0.230.230.230.230.23
25.626.625.621.721.7
3.043.113.042.742.74
Tabela 6.1 - Propriedades das 35 vigas ensaiadas por Kong et al. (1970).
124
VIGAS Ïh
(%)Ïv
(%)a
(mm)"
(mm)"/h
(mm)
a/d a/h "/d "0/d f c
'
(MPa)
f t
(MPa)0A0-440A0-481A1-101A3-111A4-121A4-511A6-372A1-382A3-392A4-402A6-413A1-423A3-433A4-453A6-46
0.000.000.230.450.680.680.910.230.450.680.910.230.450.680.91
0.000.000.280.280.280.280.280.630.630.630.631.251.251.251.25
304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80304.80
812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80812.80
2.292.292.292.292.292.292.292.292.292.292.292.292.292.292.29
1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00
0.860.860.860.860.860.860.860.860.860.860.860.860.860.860.86
2.672.672.672.672.672.672.672.672.672.672.672.672.672.672.67
2.332.332.332.332.332.332.332.332.332.332.332.332.332.332.33
20.4820.9318.6818.0316.0620.5521.0621.6819.7520.3419.1318.4119.2420.8219.93
2.402.432.252.202.042.402.442.492.342.382.292.232.302.422.35
0B0-491B1-011B3-291B4-301B6-312B1-052B3-062B4-072B4-522B6-323B1-083B1-363B3-333B4-343B6-354B1-09
0.000.230.450.680.910.230.450.680.680.910.230.230.450.680.910.23
0.000.240.240.240.240.420.420.420.420.420.630.770.770.770.771.25
368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30368.30
939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80939.80
2.642.642.642.642.642.642.642.642.642.642.642.642.642.642.642.64
1.211.211.211.211.211.211.211.211.211.211.211.211.211.211.211.21
1.041.041.041.041.041.041.041.041.041.041.041.041.041.041.041.04
3.083.083.083.083.083.083.083.083.083.083.083.083.083.083.083.08
2.752.752.752.752.752.752.752.752.752.752.752.752.752.752.752.75
21.6822.0620.1020.8219.5119.1719.0017.4821.7919.7516.2420.4119.0019.2420.6517.10
2.492.522.372.422.322.292.282.162.502.342.052.392.282.302.412.12
ContinuaTabela 6.2
125
VIGAS Ïh
(%)Ïv
(%)a
(mm)"
(mm)"/h
(mm)a/d a/h "/d "0 /d f c
'
(MPa)
f t
(MPa)
0C0-501C1-141C3-021C4-151C6-162C1-172C3-032C3-272C4-182C6-193C1-203C3-213C4-223C6-234C1-244C3-044C3-284C4-254C6-26
0.000.230.450.680.910.230.450.450.680.910.230.450.680.910.230.450.450.680.91
0.000.180.180.180.180.310.310.310.310.310.560.560.560.560.770.630.770.770.77
457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20457.20
1117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.601117.60
3.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.143.14
1.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.501.50
1.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.291.29
3.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.673.67
3.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.333.33
20.6819.2421.8922.6821.7919.8619.2419.3120.4420.7521.0316.5518.2719.0019.5818.5519.2418.5121.24
2.412.302.502.562.502.352.302.302.392.422.442.082.222.282.332.242.302.242.45
0D0-474D1-13
0.000.23
0.000.42
635.00635.00
1473.201473.20
4.144.14
2.082.08
1.791.79
4.834.83
4.504.50
19.5116.06
2.322.04
Tabela 6.2 - Propriedades das 52 vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis (1982).
DIĂMETRO DA BARRA (mm) 6.3 16.0 16.0*Ărea da seção transversal (mm2) 32.2 200 200TensĂŁo de escoamento (MPa) 437.4 431.0 421.5
Deformação de escoamento (â°) 2.349 2.140 2.170MĂłdulo de elasticidade (MPa) 1.86207 . 105 2.01402 . 105 1.94240 . 105
* Barras utilizadas somente nas vigas 0A0-48, 0B0-49, 0C0-50 e 0D0-47.
Tabela 6.3 - Propriedades das barras da armadura.
126
VIGAS Ïs
(%)Ïs
ÂŽ
(%)Ïw
(%)f sy
(MPa)
f sy'
(MPa)
b(mm)
d(mm)
h(mm)
"/h "/d x/h a/h a/d f c'
(MPa)
f t
(MPa)
G23S-11G23S-21G24S-11G24S-21G33S-11G33S-12G33S-21G33S-31G33S-32G34S-11G34S-21G43S-11G44S-11
0.830.460.830.461.671.670.832.582.581.670.831.671.67
0.460.210.460.210.920.920.460.830.830.830.460.920.92
00000
1.0900
1.090000
315.10354.40315.10354.40326.13326.13311.65311.65304.76325.44324.07304.07330.27
337.17304.76337.17304.76355.09355.09348.20346.82346.82353.02340.61350.27331.65
50.850.850.850.876.276.276.276.276.276.276.2101.6101.6
304.8304.8304.8304.8203.2203.2203.2203.2203.2203.2203.2152.4152.4
330.2330.2330.2330.2228.6228.6228.6228.6228.6228.6228.6177.8177.8
1.851.851.851.852.672.672.672.672.672.672.673.433.43
2222333333344
0.310.310.310.310.440.440.440.440.440.440.440.570.57
0.620.620.620.620.890.890.890.890.890.890.891.141.14
0.670.670.670.671.001.001.001.001.001.001.001.331.33
24.5523.5838.6136.1323.3119.9321.0319.9320.0635.1634.2024.2036.96
2.702.633.663.502.612.352.442.352.363.443.372.683.55
F2S1F2S2F3S2F3S3F4S1F4S22
0.831.290.831.670.831.67
0.460.460.460.920.460.92
1.421.420.941.310.700.98
317.17308.90326.82326.82322.00335.10
342.00342.00337.86350.27340.61335.10
50.850.876.276.2101.6101.6
304.8304.8203.2203.2152.4152.4
330.2330.2228.6228.6177.8177.8
1.851.852.672.673.433.43
223344
0.310.310.440.440.570.57
0.620.620.890.891.141.14
0.670.671.001.001.331.33
33.9231.7224.3434.3434.2734.68
3.353.212.693.383.383.40
Tabela 6.4 - Propriedades das 19 vigas ensaiadas por de Paiva e Siess (1965).
6.2. - RESULTADOS DE CARGA ĂLTIMA, COMPARAĂĂO E COMENTĂRIOS
6.2.1. - CĂłdigo Canadense CAN3-A23.3-M84
Na Tabela 6.5 encontram-se a carga Ășltima experimental (PU (TESTE)) e a comparação
desta com a carga Ășltima prevista pelo mĂ©todo canadense (PU (CAN84)) atravĂ©s da razĂŁo RCAN84
para 49 vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis (1982).
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RCAN84 ) apresentados na Tabela 6.5 para cada
uma das 49 vigas consideradas estão mostrados na Figura 6.1. Para estas vigas, a média de
RCAN84 obtida foi de 0.45 e o desvio padrĂŁo, de 0.15. Estes valores estĂŁo muito prĂłximos dos
respectivos valores de média e de desvio padrão de RCAN84 obtidos para as vigas-parede que
constam da Tabela 4.1 e que nĂŁo romperam localmente. Todos os resultados obtidos sĂŁo
conservativos.
127
A carga Ășltima prevista (PU(CAN84)) para todas as vigas apresentadas na Tabela 6.5 nĂŁo
foi determinada por equilĂbrio de momentos, e, sim, atravĂ©s da verificação de tensĂ”es feita na
base da biela inclinada. Desta maneira, conforme jĂĄ comentado no item j de 5.3, os valores de
carga Ășltima acabam por ser demasiadamente conservativos, indicando que essa verificação de
tensÔes restringe esses valores além do que deveria.
1 00.00 2 00 .00 3 00 .00 4 00 .00PU(TEST E) (kN)
0 .00
0 .20
0 .40
0 .60
0 .80
1 .00
PU
(CA
N84
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 6.1 - GrĂĄfico P
PU CAN
U TESTE
( )
( )
84 x PU TESTE( ) .
128
VIGASPU TESTE( )
(kN) RCAN84
MODO DERUPTURAPREVISTO
RAVPB RMTA RMBTR
1-30 477.72 - F 0.94* 1.06 0.981-25 448.36 - F 0.82* 1.09 0.851-20 378.97 - F/C 0.72 1.08 0.801-15 328.26 - C 0.48 0.88 0.671-10 178.81 - C 0.40 1.01 0.782-30 498.18 - F 0.90* 0.97 0.942-25 448.36 - F/C 0.82 0.97 0.852-20 430.57 - C 0.58 0.89 0.702-15 279.33 - C 0.58 1.05 0.792-10 172.58 - C 0.34 0.87 0.803-30 552.44 - C 1.34 - 1.213-25 451.03 - C 1.05 - 1.173-20 415.44 - C 0.68 - 0.953-15 318.48 - C 0.52 - 0.943-10 172.58 - C 0.45 - 1.064-30 483.94 - F/C 1.41 - 1.204-25 402.10 - C 1.07 - 1.164-20 361.18 - C 0.76 - 0.994-15 218.84 - C 0.71 - 0.834-10 191.26 - C 0.39 - 0.895-30 478.60 - F 1.38* 1.15 1.105-25 416.33 - C 1.10 1.13 1.065-20 345.16 - C 0.77 1.13 1.035-15 254.42 - C 0.61 1.22 1.065-10 155.68 - C 0.47 1.17 1.116-30 593.36 - C 1.26 - 1.006-25 531.98 - C 0.97 - 0.936-20 489.28 - C 0.76 - 0.816-15 345.16 - C 0.57 - 0.846-10 196.60 - C 0.45 - 0.90
7-30A 505.29 - F 0.89* - 1.157-30B 599.59 - F 0.99* - 0.987-30C 518.64 - F/C 1.39 - 1.157-30D 527.53 - C 1.22 - 1.077-30E 594.25 - C 1.10 - 0.96
Continua
* Modo de ruptura previsto pelo método de Anålise de Vigas-parede Biapoiadas (segundoSubedi) é diferente do observado experimentalmente.
Tabela 6.5
129
VIGASPU TESTE( )
(kN) RCAN84
MODO DERUPTURAPREVISTO
RAVPB RMTA RMBTR
0A0-44 279.07 0.79 C 0.50 - -0A0-48 272.22 0.82 C 0.52 - -1A1-10 322.48 0.54 C 0.40 0.97 0.891A3-11 296.68 0.57 C 0.50 1.03 0.961A4-12 282.45 0.52 C 0.52 0.97 0.971A4-51 341.87 0.59 C 0.44 0.99 0.901A6-37 368.16 0.57 C 0.42 0.94 0.862A1-38 348.99 0.63 C 0.43 1.06 0.892A3-39 341.16 0.55 C 0.50 0.99 0.862A4-40 343.83 0.58 C 0.66 1.01 0.902A6-41 323.81 0.55 C 0.80 1.01 0.943A1-42 322.03 0.51 C 0.40 0.97 0.913A3-43 345.43 0.52 C 0.49 0.95 0.883A4-45 357.08 0.58 C 0.64 0.99 0.903A6-46 336.27 0.58 C 1.00 1.01 0.940B0-49 298.02 0.52 C 0.44 - -1B1-01 294.90 0.54 C 0.45 1.00 1.051B3-29 287.12 0.50 C 0.43 0.96 1.041B4-30 280.67 0.54 C 0.46 1.01 1.091B6-31 306.69 0.44 C 0.40 0.87 0.982B1-05 257.98 0.51 C 0.45 1.16 1.132B3-06 262.43 0.51 C 0.57 1.13 1.122B4-07 252.20 0.45 C 0.77 1.10 1.132B4-52 299.80 0.75 C 0.66 1.10 1.062B6-32 290.45 0.46 C 0.67 1.05 1.053B1-08 261.54 0.30 C 0.38 1.03 1.043B1-36 317.90 0.43 C 0.39 1.06 0.963B3-33 316.70 0.38 C 0.48 0.99 0.943B4-34 310.02 0.40 C 0.63 1.02 0.983B6-35 332.26 0.42 C 0.84 1.05 0.964B1-09 306.91 0.30 C 0.35 0.92 0.93
Continua
Tabela 6.5
130
VIGASPU TESTE( )
(kN) RCAN84
MODO DERUPTURAPREVISTO
RAVPB RMTA RMBTR
0C0-50 231.30 0.40 C 0.42 - -1C1-14 237.97 0.32 C 0.39 0.88 1.211C3-02 246.86 0.40 C 0.43 0.94 1.251C4-15 261.99 0.40 C 0.42 0.91 1.211C6-16 244.64 0.40 C 0.44 0.95 1.292C1-17 248.20 - C 0.37 0.98 1.192C3-03 207.28 0.43 C 0.57 1.15 1.412C3-27 230.63 0.35 C 0.51 1.03 1.272C4-18 249.09 0.35 C 0.62 1.00 1.232C6-19 248.20 - C 0.62 1.01 1.243C1-20 281.56 0.34 C 0.36 1.07 1.103C3-21 249.98 0.20 C 0.47 0.96 1.103C4-22 255.32 0.26 C 0.60 1.04 1.073C6-23 274.44 0.27 C 0.78 1.00 1.094C1-24 293.12 0.27 C 0.33 0.97 1.034C3-04 257.09 0.27 C 0.46 1.04 1.144C3-28 304.69 - C 0.39 0.91 0.994C4-25 305.13 0.22 C 0.50 0.88 0.974C6-26 318.92 0.29 C 0.68 0.96 1.010D0-47 146.78 0.30 C 0.44 - -4D1-13 174.81 0.11 C 0.31 - -
G33S-12 169.02 - - - 0.99 0.89G33S-32 202.83 - - - 0.83 0.74
Tabela 6.5 - Comparação entre os resultados de carga Ășltima obtidos pelosdiversos mĂ©todos e os obtidos experimentalmente para as vigas ensaiadas
por Kong et al. (1970), Smith e Vantsiotis (1982) e de Paiva e Siess (1965).
6.2.2. - MĂ©todo de AnĂĄlise para Vigas-parede Biapoiadas segundo Subedi
Na Tabela 6.5 encontram-se a a carga Ășltima experimental (PU (TESTE)), a razĂŁo RAVPB
(PU(AVPB)/PU(TESTE)) e o modo de ruptura previsto pela anĂĄlise para as 35 vigas ensaiadas por
Kong et al. (1970) e para as 52 vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis (1982). Na referida
tabela, F significa FlexĂŁo e C significa Cisalhamento. Os pontos com coordenadas
( )(TESTEUP , AVPBR ) encontrados na Tabela 6.5 para cada uma das 87 vigas consideradas sĂŁo
mostrados na Figura 6.2.
131
1 00.00 2 00 .00 3 00 .00 4 00 .00 5 00 .00 6 00 .00PU(TEST E) (kN)
0 .00
0 .40
0 .80
1 .20
1 .60
PU
(AV
PB
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 6.2 - GrĂĄfico P
PU AVPB
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
Na Tabela 6.6 encontram-se a média e o desvio padrão calculados para RAVPB,
considerando as 87 vigas relacionadas na Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo,
considerando, separadamente, somente as 35 vigas ensaiadas por Kong et al. e somente as 52
vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis.
VIGAS MĂDIA DE RAVPB DESVIO PADRĂO DE RAVPB
todas as 87 0.64 0.2735 ensaiadas por Kong et al. 0.82 0.32
52 ensaiadas por Smith e Vantsiotis 0.51 0.14
Tabela 6.6 - MĂ©dia e desvio padrĂŁo de RAVPB obtidos para as 87 vigasapresentadas na Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo.
VĂĄrios valores discrepantes de carga Ășltima tanto para as vigas ensaiadas por Kong
quanto para as ensaiadas por Smith e Vantsiotis foram obtidos. Para as vigas ensaiadas por
132
Kong, a média de RAVPB (sendo R P PAVPB U AVPB U TESTE= ( ) ( ) ) obtida foi de 0.82 e o desvio
padrĂŁo foi de 0.32; RAVPB variou de 0.34 a 1.41. No caso das vigas ensaiadas por Smith e
Vantsiotis, a média de RAVPB foi de 0.51, e, o desvio padrão, de 0.14; RAVPB variou de 0.31 a
1.00. Ou seja: no primeiro caso, a média de RAVPB encontrada é razoåvel, e, o desvio padrão,
alto; no segundo caso, a situação se inverte: o desvio padrão é razoåvel, contudo o valor da
mĂ©dia de RAVPB Ă© muito baixo, indicando uma carga Ășltima mĂ©dia prevista de praticamente
metade do valor experimental.
Para as vigas ensaiadas por Kong, as discrepĂąncias de carga Ășltima encontradas foram
explicadas por Subedi (1988), autor do método em questão, a partir das condiçÔes de suporte
das vigas, que geravam restriçÔes (cuja magnitude dependia de vårios fatores), e das altas
tensÔes encontradas nos apoios e sob os pontos de aplicação de carga. Para as vigas ensaiadas
por Smith e Vantsiotis, os valores conservativos encontrados, segundo Subedi, podem ser
decorrentes de uma possĂvel restrição inadvertidamente introduzida no arranjo de teste,
afetando a livre deformação das vigas e resultando em altos valores de carga Ășltima
experimental.
Contudo, as explicaçÔes dadas por Subedi para justificar a falta de adequação dos
resultados obtidos para a grande maioria das vigas ensaiadas por Kong e por Smith e Vantsiotis
podem nĂŁo ter fundamento tendo em vista que os resultados de carga Ășltima gerados pelo
Método da Treliça com Amolecimento apresentaram-se muito mais próximos dos reais e
nenhum problema relacionado com os apoios foi salientado. Deve ser comentado, porém, que
o Método da Treliça com Amolecimento só é aplicado a vigas-parede com armadura de alma
horizontal e vertical e, assim, os valores de carga Ășltima previstos sĂł foram obtidos para as
vigas com esse tipo de armadura.
Somente 6.9% do total das 87 vigas consideradas para essa anĂĄlise nĂŁo apresentaram
concordĂąncia do modo de ruptura real com o previsto.
Pela Tabela 6.5 pode ser notado que para as vigas 3-30, 4-30, 5-30, 6-30, 7-30C,
7-30D e 7-30E as cargas de ruptura reais sĂŁo muito menores do que as cargas de ruptura
previstas respectivas. Para as vigas com h = 508 mm ou h = 635 mm, o modo de ruptura
previsto e a resistĂȘncia Ășltima geralmente concordam razoavelmente bem com os resultados
experimentais. Para as vigas de menor altura (h = 381 mm ou h = 254 mm) a previsĂŁo se torna
menos precisa Ă medida que a altura decresce. Ă interessante notar que para cada uma das
133
Séries de 1 a 6, os valores de RAVPB decrescem com o decréscimo da altura e com o aumento
da taxa geométrica de armadura principal, sem exceçÔes, sendo bem discrepantes quando
comparados dentro de uma mesma Série de vigas. Assim, percebe-se que o método não
consegue quantificar corretamente a influĂȘncia da relação " /h e/ou da taxa de armadura no
cĂĄlculo da carga Ășltima. Como esses dois parĂąmetros se mantiveram constantes dentro dos
Grupos (A, B, C e D) das vigas apresentadas por Smith e Vantsiotis, nenhum estudo mais
aprofundado pĂŽde ser feito, para se obter uma conclusĂŁo definitiva.
Em relação às vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis, nota-se pela Tabela 6.5 que o
modo de ruptura foi corretamente previsto: todas as vigas romperam por cisalhamento
(fendilhamento diagonal). Para todas as 52 vigas os resultados de carga Ășltima previstos foram
conservativos e, geralmente, consideravelmente conservativos. Vigas com uma pequena ou
uma grande taxa de armadura de alma em uma direção somente mostraram maior disparidade
de resultados; vigas com uma grande taxa de armadura de alma em ambas as direçÔes
(horizontal e vertical) mostraram melhor concordĂąncia de resultados de carga Ășltima.
6.2.3 - Método do Modelo de Treliça com Amolecimento
Na Tabela 6.5 encontram-se a carga Ășltima experimental (PU TESTE( ) ) e a razĂŁo (RMTA )
entre a carga Ășltima prevista pelo mĂ©todo do Modelo de Treliça com Amolecimento (PU MTA( ) )
e esta, para as vigas ensaiadas por Kong et al. (1970), Smith e Vantsiotis (1982) e de Paiva e
Siess (1965) que obedecem às restriçÔes de a até e do item 2.13.10.2.
Os pontos com coordenadas (PU(TESTE) , RMTA), que encontram-se na Tabela 6.5, para
cada uma das 63 vigas consideradas, estĂŁo mostrados na Figura 6.3. A Tabela 6.7 a seguir
contém a média e o desvio padrão calculados para RMTA , considerando todas as 63 vigas
relacionadas na Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo, considerando, em separado,
somente 15 vigas ensaiadas por Kong e somente 46 vigas ensaiadas por Smith e Vantsiotis.
Não hå a necessidade da obtenção desses parùmetros de comparação para as vigas ensaiadas
por de Paiva e Siess, pois somente 2 vigas estudadas experimentalmente por estes
pesquisadores constam da Tabela 6.5.
134
VIGAS MĂDIA DE RMTA DESVIO PADRĂO DE RMTA
todas as 63 1.01 0.0815 ensaiadas por Kong et al. 1.04 0.11
46 ensaiadas por Smith e Vantsiotis 1.00 0.07
Tabela 6.7 - MĂ©dia e desvio padrĂŁo de RMTA obtidos para as 63 vigaspresentes naTabela 6.5 que possuem valores para o mesmo.
1 00.00 2 00 .00 3 00 .00 4 00 .00 5 00 .00PU(TEST E) (kN)
0 .80
0 .90
1 .00
1 .10
1 .20
1 .30
PU
(MT
A)/
PU
(TE
ST
E)
Figura 6.3 - GrĂĄfico P
PU MTA
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
A partir das 63 vigas analisadas presentes na Tabela 6.5, obtém-se para a média e o
desvio padrĂŁo de RMTA os valores de 1.01 e 0.08, respectivamente, que podem ser
considerados muito bons. Contudo, a fĂłrmula explĂcita (2.19) obtida a partir do modelo de
treliça com amolecimento só gera bons resultados quando aplicada a vigas cujos parùmetros se
encontram dentro de certos intervalos (ver item 2.13.10.2) e, portanto, apesar de ser uma
fórmula pråtica, sua utilização é restrita. Por exemplo, do total das 37 vigas-parede cujas
propriedades foram apresentadas no CapĂtulo III, somente 7 possuĂam relaçÔes de parĂąmetros
135
que obedeciam aos limites estipulados. Desse modo, para a estimativa de carga Ășltima das
outras vigas torna-se-ia necessårio se recorrer a outros métodos de cålculo. Além disso, dentre
as sete vigas citadas, trĂȘs apresentaram valores de RMTA bem acima da unidade.
Deve ser salientado, ainda, que a grande maioria das 63 vigas analisadas neste item
havia sido utilizada para a calibração da fĂłrmula explĂcita (Eq. 2.19) e, dessa maneira,
resultados de carga Ășltima prĂłximos dos reais jĂĄ eram esperados.
6.2.4. - MĂ©todo do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado
Na Tabela 6.5 encontra-se a comparação entre a carga Ășltima prevista pelo mĂ©todo do
Modelo de Bielas e Tirantes Refinado (PU MBTR( ) ) e a carga Ășltima experimental (PU TESTE( ) ),
através da razão RMBTR, para 35 vigas ensaiadas por Kong et al. (1970), 46 ensaiadas por
Smith e Vantsiotis (1982) e 2 ensaiadas por de Paiva e Siess (1965).
Os pontos com coordenadas (PU TESTE( ) , RMBTR) que constam da Tabela 6.5, para cada
uma das 83 vigas analisadas, estĂŁo mostrados na Figura 6.4.
Na Tabela 6.8 são encontrados a média e o desvio padrão calculados paraRMBTR,
considerando todas as 83 vigas relacionadas na Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo,
considerando, separadamente, somente as 35 vigas ensaiadas por Kong e somente 46 vigas
ensaiadas por Smith e Vantsiotis. Não hå a necessidade da obtenção desses parùmetros de
comparação para as vigas ensaiadas por de Paiva e Siess, pois somente duas vigas testadas
por estes pesquisadores foram utilizadas.
VIGAS MĂDIA DE RMBTR DESVIO PADRĂO DE RMBTR
todas as 83 1.00 0.1435 ensaiadas por Kong et al. 0.96 0.15
46 ensaiadas por Smith e Vantsiotis 1.04 0.13
Tabela 6.8 - MĂ©dia e desvio padrĂŁo de RMBTR obtidos para as vigasapresentadas na Tabela 6.5 que possuem valores para o mesmo.
136
1 00.00 2 00 .00 3 00 .00 4 00 .00 5 00 .00 6 00 .00PU(TEST E) (kN)
0 .60
0 .80
1 .00
1 .20
1 .40
1 .60
PU
(MB
TR
)/P
U(T
ES
TE
)
Figura 6.4 - GrĂĄfico P
PU MBTR
U TESTE
( )
( ) x PU TESTE( ) .
A média e o desvio padrão de RMBTR para as 83 vigas relacionadas na Tabela 6.5
foram de 1.00 e 0.14, respectivamente. Para as vigas ensaiadas por GuimarĂŁes (1980),
Vasconcelos (1982) e Velasco (1984), considerando-se somente as que nĂŁo romperam
localmente e que foram submetidas à ação de duas cargas concentradas, tem-se 0.96 para a
média de RMBTR e 0.18 para o desvio padrão. Assim, pode ser constatado que os valores de
média e desvio padrão de RMBTR para estas vigas estão próximos dos valores respectivos
apresentados pelas 83 vigas citadas anteriormente. Além disso, os valores de média de RMBTR
estĂŁo muito prĂłximos da unidade e os valores de desvio padrĂŁo encontrados sĂŁo razoĂĄveis.
Pode-se concluir que o método do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado, além de ser
um mĂ©todo prĂĄtico de cĂĄlculo, apresenta resultados de carga Ășltima condizentes com a carga
de ruptura real, tanto para vigas-parede biapoiadas sem rigidez nos apoios quanto para as com
essa rigidez, para a maioria das vigas consideradas. Contudo, vĂĄrios valores de RMBTR acima
da unidade foram encontrados (ver Tabela 6.5 e Tabela 4.1), o que significa que a carga
137
Ășltima prevista Ă© maior do que a real para essas vigas e que, assim, o mĂ©todo estaria
trabalhando contra a segurança nesses casos.
Pelas Figuras 2.41 e 2.42 Ă© observado que o Ăąngulo Ξ pode variar de 0 a 90Âș, medido a
partir da horizontal, sendo, assim, um Ăąngulo do 1Âș quadrante. Para Ξ > 45Âș, tem-se
senΞ > cosΞ e sen2Ξ > cos2Ξ; para Ξ < 45Âș, tem-se cosΞ > senΞ e cos2Ξ > sen2Ξ; para Ξ = 45Âș,
tem-se senΞ = cosΞ e sen2Ξ = cos2Ξ. Na Eq. (2.24) estão presentes os parùmetros fŽc , b, d, a
relação Es/Ec e as parcelas Ïh sen2Ξ e Ïv cos2Ξ, onde Ξ = arctg z
a = arctg
0 9. d
a. Desse modo,
pela Eq. (2.24) a parcela Ïh sen2Ξ serĂĄ mais efetiva do que a parcela Ïv cos2Ξ quando Ξ > 45Âș
e, menos, quando Ξ < 45Âș, ou seja: no primeiro caso o peso da armadura de alma horizontal Ă©
maior do que o da armadura vertical e, no segundo caso, a situação se inverte.
O mecanismo de ruptura real apresentado pelas 83 vigas consideradas foi o de
cisalhamento. Contudo, os valores de carga Ășltima mostrados, na mesma tabela, para as vigas
da SĂ©rie 1 (1-30, 1-25, 1-20, 1-15, 1-10) e da SĂ©rie 2 (2-30, 2-25, 2-20, 2-15, 2-10) ensaiadas
por Kong foram determinados a partir da equação de flexão (ver item 2.13.11.2) e não a partir
da Eq. (2.24), pois o valor de carga Ășltima obtido por esta foi superior ao obtido pela primeira.
Como conseqĂŒĂȘncia, os resultados de RMBTR obtidos para a maioria das vigas das SĂ©ries 1 e 2
foram relativamente baixos. Observando-se todos os valores de RMBTR encontrados na Tabela
6.5, nota-se que dos cinco menores valores, quatro foram obtidos para vigas dessas duas
séries.
A Eq. (2.24) proposta prevĂȘ a resistĂȘncia ao cisalhamento de vigas-parede de forma
bem aproximada quando a/h †1.04. Pela Figura 6.5 pode ser percebido que para a/h ℠1.29 a
validade da Eq. (2.24) declina rapidamente porque o comportamento de viga-parede nĂŁo mais
se aplica. De acordo com dados obtidos de trabalho experimental de Subedi (Subedi, 1988), Ă©
percebido que quando a/h > 1.04 a suposição de comportamento de viga-parede resulta em
uma superestimação da resistĂȘncia real ao cisalhamento. Ainda da Figura 6.5, pode-se dizer
que a curva apresentada Ă© formada por trĂȘs partes: uma reta (k=1), uma zona de transição
(1.1 < a/h < 1.3) e uma curva em declive.
Siao (1993, 1995) sugere que a Eq. (2.24) seja usada com um fator de modificação k,
que representa a razĂŁo entre a resistĂȘncia ao cisalhamento real e a prevista pela prĂłpria
138
equação, obtido a partir do gråfico da Figura 6.5, onde k = 1 quando a/h †1.0 e k < 1 quando
a/h > 1.0. A Eq. (2.24) torna-se, entĂŁo:
( )[ ]V f kbd nU c h v= + +105 1 2 2. sen cos' Ï Îž Ï Îž Eq. (6.1a)
Deve-se ter V bdfU y h vâ„ +18 2 2. ( sen cos )Ï Îž Ï Îž Eq. (6.1b)
Os parùmetros presentes em ambas as equaçÔes acima jå foram definidos no item
2.13.11.2. Para o aço da armadura de alma ser totalmente efetivo ele deve ser completamente
ancorado; de outro modo, a Eq. (6.1b) não é vålida. Esta equação é obtida a partir da
expressão V f bdU t= 18. (item 2.13.11.2), considerando que após a fissuração a armadura
resiste a toda a tração induzida (Siao, 1993). Para as 83 vigas consideradas, apresentadas na
Tabela 6.5, a Eq. (6.1b) nĂŁo foi utilizada, pois nĂŁo Ă© claro se a armadura de alma foi
completamente ancorada para essas vigas.
Considerando-se, dentre as 83 vigas, somente aquelas que apresentam relação
a/h †1.04 (65 vigas no total), tem-se para a média e o desvio padrão de RMBTR, os valores de
0.96 e 0.12, respectivamente.
Figura 6.5 - GrĂĄfico da razĂŁo PU TESTE( ) / PU MBTR( ) x a/h .
CAPĂTULO VII
7. CONSIDERAĂĂES FINAIS E SUGESTĂES
7.1 - CONCLUSĂES
a. O CEB-FIP (1978), o ACI 318-95 (1995) e a CAN-A23.3-M84 (1984) apresentam
resultados de carga Ășltima em torno de 50% da carga real de ruptura;
b. A Norma Canadense, que apresenta um modelo de bielas e tirantes, limita
exageradamente as tensÔes nos nós e bielas. Esta restrição é na grande maioria das vezes
responsĂĄvel pelas discrepĂąncias encontradas entre valores de carga Ășltima experimental e
carga Ășltima prevista;
c. Nenhum dos métodos pesquisados conseguiu prever, com boa aproximação, a carga
Ășltima para as vigas-parede submetidas Ă ação de um carregamento uniformemente
distribuĂdo. Todos os resultados encontrados foram conservativos. Dos mĂ©todos aplicĂĄveis
a vigas-parede submetidas a esse tipo de carregamento, os resultados de carga Ășltima mais
próximos dos reais foram gerados pelo método do Caminho da Força Compressiva.
Contudo, nenhuma das vigas encontradas na literatura e somente 8 das 37 vigas analisadas
foram submetidas a esse carregamento e, portanto, nenhuma anĂĄlise mais profunda de
resultados pĂŽde ser feita;
d. Os métodos de dimensionamento estudados, em geral, apresentam formulaçÔes para
cĂĄlculo de resistĂȘncia Ășltima por flexĂŁo e/ou cisalhamento. Nenhum mĂ©todo apresenta
uma formulação para flexão-cisalhamento, com exceção do método de Anålise para
140
Vigas-parede Biapoiadas segundo Subedi. Este método, porém, não consegue prever
corretamente esse modo de ruptura, não cumprindo, assim, o que se propÔe;
e. Todas as vigas ensaiadas por Kong et al. possuem um vĂŁo constante igual Ă 762 mm. Este
comprimento pode ser considerado pequeno quando de sua comparação com o vão de
vigas-parede usualmente utilizadas em projeto e até mesmo com o vão da maioria das
vigas consideradas neste trabalho. Alguns resultados discrepantes de carga Ășltima
encontrados podem ter sido gerados devido ao âefeito de escalaâ;
f. Dentre os métodos de cålculo pesquisados, o do Modelo de Bielas e Tirantes Refinado se
destaca dos demais, por ser um mĂ©todo prĂĄtico de cĂĄlculo de carga Ășltima de vigas-parede
biapoiadas, por não apresentar restriçÔes quanto ao seu uso (utilizando-se o fator de
modificação k quando necessĂĄrio) e por gerar resultados de carga Ășltima razoavelmente
prĂłximos dos reais;
g. Comparando-se vigas idĂȘnticas, diferenciadas somente pela presença ou nĂŁo de armadura
de alma, percebe-se que as vigas com esse tipo de armadura apresentam maior resistĂȘncia
Ășltima ao cisalhamento. Desta maneira, a maioria dos mĂ©todos que nĂŁo consideram essa
influĂȘncia acabam por prever relaçÔes PU(PREVISTA)/PU(TESTE) muito baixas para as vigas
que rompem por cisalhamento. A presença de armadura de alma em forma de uma malha
ortogonal tambĂ©m gera resultados de carga Ășltima menos dispersivos entre si;
h. Nenhum dos métodos de cålculo pesquisados leva em consideração o enrijecimento dos
apoios. Contudo, conforme jĂĄ comentado nos trabalhos de GuimarĂŁes (1980),
Vasconcelos (1982) e Velasco (1984), essa rigidez nĂŁo tem influĂȘncia significativa nos
resultados experimentais de carga Ășltima e, assim, tambĂ©m nĂŁo influencia
significativamente a razĂŁo PU (PREVISTA) / PU (TESTE).
141
7.2 - SUGESTĂES
Na pesquisa bibliogrĂĄfica realizada foram encontradas somente trĂȘs referĂȘncias
(Tizatto, 1981; Ray, 1990; Haque et al., 1986) sobre o comportamento de vigas-parede com
abertura de alma: a dissertação de mestrado de Tizatto, obtendo resultados de ensaios de cinco
vigas-parede de concreto leve armado com furos retangulares; a anĂĄlise dos efeitos (em
natureza e magnitude) de alguns parùmetros na distribuição de tensÔes em treze vigas-parede,
com abertura na alma, ensaiadas por Haque, Rasheeduzzafar e Al-Tayyib e o estudo feito por
Ray, abrangendo o comportamento de vigas sob dois pontos e quatro pontos de carga, com
abertura de alma retangular e circular. S. P. Ray ainda apresenta equaçÔes para cålculo da
resistĂȘncia Ășltima das vigas-parede com abertura na alma e faz recomendaçÔes para projeto.
Assim, existe pouco material sobre vigas-parede biapoiadas com abertura de alma, na
literatura publicada. Fica sugerido, entĂŁo, que sejam realizados mais ensaios em laboratĂłrio,
com o objetivo de determinar como os principais parĂąmetros influenciam o comportamento de
vigas-parede com furos. Pode-se, por exemplo, fixar os subitens i ao vii do item 2.11 e variar
o subitem viii (tamanho, forma e localização da abertura de alma) do mesmo item, utilizando
as dimensÔes e armaduras iguais às das vigas ensaiadas por Guimarães (1980), Velasco
(1984) e Vasconcelos (1982), assim como o tipo e condiçÔes de carregamento, para que o
comportamento de tais vigas possam ser comparados entre si. Os ensaios sĂŁo importantes para
a obtenção de informaçÔes necessårias ao desenvolvimento de um projeto de cålculo
adequado para essas vigas.
Uma outra sugestĂŁo estĂĄ relacionada a um tipo de concreto muito pesquisado e
utilizado ultimamente: o concreto de alta resistĂȘncia. De toda a bibliografia consultada, foi
encontrada somente uma referĂȘncia (Fang et al., 1993) sobre vigas-parede feitas com esse
tipo de concreto: um trabalho datado de 1993, tendo como objetivo o estudo do
comportamento de tais vigas sob açÔes sĂsmicas. O esforço para aumentar a razĂŁo
resistĂȘncia/peso prĂłprio de estruturas de concreto armado tem, hĂĄ muito, sido o tĂłpico de
pesquisadores (âState-of-the- artâ, 1984; Russell, 1985). O concreto de alta resistĂȘncia Ă© uma
das alternativas para se obter um uso econÎmico de estruturas duråveis. Até o momento, este
142
tipo de concreto tem sido utilizado em muitos prédios altos, pontes de grandes vãos e
estruturas offshore (Hester et al., 1990) (Fang et al., 1993). Ă interessante que seja pesquisado
o comportamento de painĂ©is prĂ©-moldados enrijecidos, feitos de concreto de alta resistĂȘncia,
inclusive para quantificar melhor a influĂȘncia do parĂąmetro fc' no comportamento dessas
peças estruturais.
Também é interessante a realização de ensaios de vigas-parede de concreto reforçado
por fibras, formando um membro estrutural compĂłsito, visando o estudo do comportamento
dessas vigas e, principalmente, a determinação de sua resistĂȘncia ao cisalhamento. Entende-se
por compósito qualquer material multifåsico que exiba uma significante proporção das
propriedades das fases constituintes, tal que uma melhor combinação de propriedades seja
obtida.
Particularmente para continuação do que se propÔe o presente trabalho, é sugerido que
os métodos recentes de cålculo de vigas-parede relacionados com elementos finitos (Fafitis e
Won, 1994; Balakrishnan e Murray, 1988; Cook e Mitchell, 1988; Lin e Raoof, 1995)
sejam utilizados e, os resultados assim obtidos, comparados com os experimentais.
Dentre todo o material pesquisado, somente foi encontrado um trabalho (Subedi,
1994) sobre previsĂŁo de carga Ășltima para vigas-parede biengastadas. O mesmo apresenta
uma formulação para o caso de vigas-parede submetidas à ação de uma carga concentrada no
meio do vĂŁo. Como a maioria das vigas apresentadas no CapĂtulo III possuem um
enrijecimento lateral, seria interessante o desenvolvimento de uma formulação, baseada nesse
estudo, para a ação de duas cargas concentradas, visando a aplicação da mesma às vigas
ensaiadas na PUC-Rio para comparação de resultados.
A partir de um estudo ainda mais aprofundado de métodos de dimensionamento, como
sugerido acima, espera-se obter recomendaçÔes para a NBR 6118.
143
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