Comportamento à punção de lajes lisas em concreto reforçado com fibras de aço sob carregamento simétrico

Abstract

O presente estudo avalia o comportamento da ligação laje x pilar de lajes reforçadas com fibras de aço, localizada internamente à edificação e submetida a carregamento simétrico. Para este fim, realizaram-se testes experimentais e análises que discutiram a performance de alguns códigos de projeto e de modelos teóricos em prescrever a resistência última à punção de lajes reforçadas com fibras de aço. No tocante ao estudo experimental, foram realizados 8 testes de punção até a ruína, sendo 2 lajes de referência e 6 de concreto reforçado com fibras de aço, CRFA. A dimensão das peças foi de 2550 x 2550 x 150 mm3 e a ligação laje x pilar foi simulada por uma placa de aço de 200 x 200 x 50 mm3 em contato com a laje. As variáveis avaliadas foram: a resistência à compressão do concreto, fcm, 50 e 70 MPa e a quantidade de fibra adicionada à massa de concreto, Vf, 0, 60, 75 e 90 kg/m3. No que diz respeito às lajes de CRFA, uma das particularidades destas peças foi a utilização de armaduras de flexão apenas em uma região próxima à área carregada. Entretanto, nas questões de cálculo, as taxas de armadura, ?s, destas lajes foram as mesmas apresentadas pelas lajes de referência (armada em toda a sua extensão), visto que as recomendações normativas sugerem que o valor de ?s seja obtido sobre uma largura preestabelecida da laje. Nas análises dos códigos de projeto, foram avaliadas as prescrições do ACI 318 (2008), do CEB-FIP (1991), do EC2 (2004), da NBR 6118 (2003) e do CEB-FIP (2010). No que se refere aos modelos teóricos, discutiram-se as propostas de NARAYANAN e DARWISH (1987), de SHAABAN e GESUND (1994), de HARAJLI et al. (1995), de HOLANDA (2002), de CHOI et al. (2007), de MUTTONI e RUIZ (2010) e de HIGASHIYAMA et al. (2011). As referidas análises, além de avaliarem a dispersão e o nível de conservadorismo dos resultados, também os classificam segundo uma adaptação do critério de penalidade proposto por COLLINS (2001), o Demerit Points Classification - DPC. Por fim, com o intuito de contribuir ao conhecimento do dimensionamento à punção de lajes lisas reforçadas com fibras de aço, o presente trabalho apresenta uma proposta de cálculo com base na formulação de MUTTONI (2008), a qual estabelece o valor da resistência à punção segundo a Critical Shear Crack Theory. Para este propósito, foi discutida a relação carga x rotação e o critério de ruína das lajes reforçadas com fibras. Na sequência, também foi abordada uma proposta, a qual se baseia nos estudos de MUTTONI e RUIZ (2010) e adota a lei constitutiva tensão x abertura de fissura sugerida pelo CEB-FIP (2010), para estabelecer a parcela de contribuição da fibra de aço na resistência à punção. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In the present dissertation the behaviour of the column-slab connection interior of a building is investigated. Symmetric load conditions are assumed for this connection and a special focus is given in slabs made by steel fibre reinforced concrete (SFRC). For this purpose, experimental programs were carried out, and from these results and from a data base that collects the relevant results found in specialized bibliography, the predictive performance of the most reputed theoretical models for the prediction of the punching resistance of steel fibre reinforced concrete slabs was assessed. The experimental program was composed by eight slabs, two of them without steel fibres (reference slabs), and the remaining six slabs were made with SFRC. All the slabs have dimensions of 2550 x 2550 x 150 mm3, and the column-slab connection was simulated by a steel plate of 200 x 200 x 50 mm3 in direct contact with the slab. In this experimental program the influence of the following variables on the punching behaviour of the tested slabs was investigated: concrete strength class (average compressive strength, fcm, of 50 and 70 MPa); content of fibres added to the concrete (0, 60, 75 and 90 kg/m3). In the tested slabs, in an attempt of providing conditions for punching failure mode, conventional longitudinal tensile steel bars were disposed in the centre of the slab, close to the loaded area. The predictive performance of the formulations available in the following design guidelines was assessed: ACI 318 (2008), CEB-FIP (1991), EC2 (2004), NBR 6118 (2003), and CEB-FIP (2010). The accuracy of the following theoretical models was also investigated: NARAYANAN and DARWISH (1987), SHAABAN and GESUND (1994), HARAJLI et al. (1995), HOLANDA (2002), CHOI et al. (2007), MUTTONI e RUIZ (2010), and HIGASHIYAMA et al. (2011). The performed analyzes have covered the dispersion of the results, level of accuracy of the predictions of these models, and the Demerit Points Classification (DPC) proposed by COLLINS (2001). Finally, based on the formulation proposed by MUTTONI (2008), a new approach is proposed to estimate the punching resistance of SFRC slabs according to the Critical Shear Crack Theory. For this aim, the load-rotation relationship, and the failure criterion of SFRC slabs during the loading process were determined. Like the proposal of MUTTONI and RUIZ (2010), in the present approach the fibre reinforcement contribution was simulated by the stress-crack width but now adopting recommendations of CEB-FIP (2010).