determinação experimental da eficácia de vigas mistas em estruturas multilaminares de concreto
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HUMBERTO CORRÊA SOARES DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA EFICÁCIA DE VIGAS
MISTAS EM ESTRUTURAS MULTILAMINARES DE CONCRETO
Belo Horizonte UNIVERSIDADE FUMEC
2008
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HUMBERTO CORRÊA SOARES DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA EFICÁCIA DE VIGAS
MISTAS EM ESTRUTURAS MULTILAMINARES DE CONCRETO
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil, da UNIVERSIDADE FUMEC, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Construção Civil. Orientador: Prof. Eduardo Chahud. Co-orientador: Prof. Anselmo Azevedo Duarte.
Belo Horizonte UNIVERSIDADE FUMEC
2008
3
Soares, Humberto Corrêa 2008 Determinação experimental da eficácia de vigas mistas em
estruturas multilaminares de concreto / Humberto Corrêa Soares – Belo Horizonte: FUMEC, 2008.
114 p. Orientador: Prof. Eduardo Chahud Dissertação (Mestrado em Construção Civil). FUMEC.
1. Vigas mistas em aço e concreto. 2. Integração perfeita. 3. Estruturas multilaminares. 4. Eficácia quanto à capacidade de carga.
4
UNIVERSIDADE
FUMEC
Dissertação intitulada “Determinação Experimental da Eficácia de Vigas Mistas em Estruturas Multilaminares de Concreto”, de autoria do mestrando Humberto Corrêa Soares, aprovada pela banca examinadora constituída pelos seguintes professores:
_____________________________________________
Prof. Dr. Eduardo Chahud (orientador)
_____________________________________________ Prof. Dr. Alexandre Monteiro de Menezes
_____________________________________________ Prof. Dr. Abdias de Magalhães Gomes
_____________________________________________ Professor Eduardo Chahud
Coordenador do curso de Mestrado
Belo Horizonte UNIVERSIDADE FUMEC
2008
5
À minha esposa, Luciene Soares, pelo apoio e pelos ensinamentos metodológicos científicos.
6
AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, por sua infinita luz;
Aos meus pais: Luiz Soares e D. Wany por terem propiciado as condições necessárias para os
meus estudos;
À minha esposa Luciene, pelo companheirismo, amor, confiança e incentivo. Obrigado
Luciene pelas palavras positivas nas horas difíceis;
Aos professores Anselmo Duarte e Eduardo Chahud, pelas orientações e pelos ensinamentos e
principalmente pela confiança demonstrada no período em que me orientaram;
À minha sogra, D. Sebastiana, pelas valiosas orações, que me fortaleceram nos momentos em
que eu precisava de um norte para prosseguir;
Aos meus colegas do Mestrado, pelas trocas de experiências profissionais, técnicas, humanas
e pelas palavras de apoio durante esta caminhada;
Aos meus demais familiares que estiveram sempre presentes quando precisei de orientações
para o desenvolvimento deste Trabalho;
Aos meus colegas da URBEL, principalmente aos do Núcleo de Empreendimentos e da
Divisão de Obras, pela paciência, compreensão e informações que foram fundamentais para a
redação desta Dissertação;
Aos demais professores e funcionários do Departamento de Mestrado, por me terem apoiado
de forma plena nesta caminhada;
À empresa LÂMINUS Engenharia, por ter apoiado tecnicamente esta pesquisa e por ter
disponibilizado as suas instalações, mão-de-obra geral e especializada e os materiais
necessários para a moldagem de todos os elementos de concreto e aço utilizados nos ensaios
laboratoriais;
À empresa LOCGUEL, por ter disponibilizado as fôrmas metálicas para as moldagens das
vigas convencionais de concreto armado;
7
À empresa CONSULTARE, pelo apoio no estudo do traço do concreto utilizado nas vigas e
pelas formulações e encaminhamentos dos ensaios físicos das peças, objetos desta
Dissertação;
À empresa PRECON, por ter apoiado de forma ampla este estudo, disponibilizando o seu
laboratório para que fossem feitos os ensaios de flexão nas vigas convencionais de concreto
armado e nas vigas multilaminares, tema deste Trabalho científico.
À Faculdade de Engenharia e Arquitetura (FEA), da Universidade FUMEC, pelas orientações
tecnológicas e por ter disponibilizado seu laboratório de materiais, juntamente com seu
laboratorista, para os ensaios complementares de resistência do concreto.
8
“O vento e as ondas estão sempre do
lado dos mais hábeis navegadores”.
Edward Gibbon (1737-1794).
9
RESUMO
A tecnologia denominada “Estruturas Multilaminares de Concreto” inspirou o
desenvolvimento deste estudo, que analisou a eficácia de vigas multilaminares quanto à
capacidade de carga e a comparou com a eficácia das vigas convencionais de concreto
armado. O princípio multilaminar prevê a combinação de lâminas pré-moldadas de concreto e
aço para a composição de estruturas mistas, com aplicação nas mais variadas áreas da
engenharia civil, tais como: pontes e viadutos; contenções de encostas; redes ferroviárias;
edificações residenciais, comerciais e industriais, dentre outras. A metodologia utilizada nesta
pesquisa previu a moldagem de vigas com a tecnologia multilaminar e com os conceitos
convencionais do concreto armado, normalizadas pela Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT). Todas as vigas foram submetidas ao ensaio de flexão simples. Para efeito
de comparação, as vigas multilaminares de concreto e as vigas convencionais de concreto
armado foram moldadas com a mesma seção transversal, o mesmo vão livre, o mesmo
concreto e a mesma taxa equivalente de aço submetido à tração. Os carregamentos e as
respectivas deformações das vigas foram anotados e catalogados e, a partir destes dados, foi
possível verificar o comportamento das vigas multilaminares de concreto. As cargas
necessárias para que as vigas atingissem suas flechas máximas de trabalho demonstraram uma
divergência média de 138 % na resistência mecânica, a favor das vigas multilaminares,
comprovando seu superior desempenho em relação às vigas convencionais de concreto
armado.
Palavras-chave: Tecnologia. Estruturas. Vigas. Lâminas. Concreto. Eficácia.
10
ABSTRACT
The technology called “Concrete blade Structures” inspired the development of
this study that analyzed the effectiveness of blade beams considering the load capacity and
comparing them with conventional beams of armed concrete. The theory of blade beams use
the combination of blades in the building of bridges, railroads, residential, industrial and
commercial buildings, slope control, etc. The methodology used foresaw the molding of
beams that used blade technology and those made according to conventional concepts of
armed concrete, considering Brazilian Rules. All the beams were submitted to the assay of
concentrated load. To make the comparison between blade beams and those made with armed
concrete it were used the same section, the same size, the same equivalent of steel. The
shipments and deformations of the beams were written. This way it was possible to verify the
effectiveness of the blade beams of concrete. The necessary loads for the beams to reach its
maximum deflection demonstrated an average divergence of 138% in the mechanic resistance
in favor of the blade beams, proving its better performance in relation to conventional beams
of armed concrete.
Key-words: Technology. Structures. Beams. Blade. Concrete. Effectiveness.
11
LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Combinação de lâminas...........................................................................................24
Figura 2 - Tipos usuais de conectores de cisalhamento............................................................27
Figura 3 – Esquema de viga mista de concreto e aço...............................................................28
Figura 4 – Conector tipo pino com cabeça (stud).....................................................................28
Figura 5 – Ponte pré-moldada em concreto armado.................................................................32
Figura 6 – Conjunto habitacional - Polônia..............................................................................32
Figura 7 – Painéis pré-moldados para vedação ........................................................................33
Figura 8 – Edifício comercial em estrutura pré-moldada.........................................................33
Figura 9 – Edifício em Lisboa – Portugal.................................................................................33
Figura 10 – Loma Prieta - São Francisco – Califórnia – EUA ................................................34
Figura 11 – Cypress Street – Loma Prieta – Califórnia – EUA...............................................35
Figura 12 – Kobe – Japão .........................................................................................................35
Figura 13 – Hanshin Expressway – Kobe – Japão ...................................................................35
Figura 14 – Ilustração de substituição de placas ......................................................................37
Figura 15 – Inserção de mantas nas placas...............................................................................37
Figura 16 - Fabricação de painéis envelopados de aço e concreto...........................................38
Figura 17 - Fabricação de painéis envelopados de aço e concreto...........................................38
Figura 18 – Muro de contenção................................................................................................39
Figura 19 – Edificação residencial ...........................................................................................40
Figura 20 – Modelo de pilar multilaminar................................................................................41
Figura 21 – Corpo de prova com concreto confinado ..............................................................41
Figura 22 – Pilar composto por três lâminas ............................................................................42
Figura 23 – Esquema de dissipação de cargas em uma placa de concreto envelopado ...........43
Figura 24 – Esquema de distribuição de esforços nos nós .......................................................44
Figura 25 – Esquema de reações ..............................................................................................45
Figura 26 – Confinamento interno do concreto........................................................................45
Figura 27 – Disposição das placas de uma viga .......................................................................46
Figura 28 – Lâminas de concreto para composição de vigas ...................................................46
Figura 29 – Pórtico multilaminar..............................................................................................47
Figura 30 – Pórtico submetido a um carregamento horizontal.................................................48
Figura 31 – Estrutura metálica com parede de cisalhamento ...................................................48
Figura 32 – Dormente ferroviário.............................................................................................49
12
Figura 33 – Torre de transmissão elétrica ................................................................................50
Figura 34 – Ponte em placas de concreto envelopado..............................................................51
Figura 35 – Ponte em placas de concreto envelopado..............................................................52
Figura 36 – Placa para contenção de encosta – detalhe da cápsula..........................................52
Figura 37 – Detalhe da cápsula com os tirantes .......................................................................52
Figura 38 – Detalhe da cápsula fechada ...................................................................................53
Figura 39 – Muro de arrimo atirantado ....................................................................................53
Figura 40 – Arquibancada de estádio de futebol ......................................................................54
Figura 41 – Fechamento lateral de galpão................................................................................55
Figura 42 – Muro de impacto ...................................................................................................56
Figura 43 – Edificação residencial ...........................................................................................57
Figura 44 – Esquema de carregamento para o ensaio das vigas...............................................61
Figura 45 – Viga multilaminar de concreto (corte) ..................................................................62
Figura 46 – Características geométricas do perfil “U”.............................................................63
Figura 47 – Tela soldada modelo Q 196 da Gerdau.................................................................64
Figura 48 – Fôrmas metálicas...................................................................................................75
Figura 49 – Fôrmas metálicas...................................................................................................75
Figura 50 – Fôrmas metálicas...................................................................................................75
Figura 51 – Fôrmas metálicas...................................................................................................76
Figura 52 – Fôrmas metálicas...................................................................................................76
Figura 53 – Armadura para as vigas convencionais .................................................................77
Figura 54 – Misturador de concreto .........................................................................................78
Figura 55 – Misturador de concreto .........................................................................................78
Figura 56 – Moldura de uma lâmina ........................................................................................79
Figura 57 – Molduras de lâminas .............................................................................................79
Figura 58 – Fôrmas metálicas...................................................................................................80
Figura 59 – Molduras travadas em mesa metálica ...................................................................80
Figura 60 – Molduras travadas em mesa metálica ...................................................................81
Figura 61 – Moldagem dos corpos-de-prova de concreto ........................................................81
Figura 62 – Concretagem das vigas convencionais..................................................................82
Figura 63 – Concretagem das vigas convencionais..................................................................82
Figura 64 – Concretagem das vigas convencionais..................................................................82
Figura 65 – Concretagem das vigas multilaminares.................................................................83
Figura 66 – Concretagem das vigas multilaminares.................................................................83
13
Figura 67 – Concretagem das vigas multilaminares.................................................................83
Figura 68 – Concretagem das vigas multilaminares.................................................................84
Figura 69 – Localização dos pontos de solda nas vigas multilaminares ..................................85
Figura 70 – Montagem das vigas multilaminares.....................................................................85
Figura 71 – Montagem das vigas multilaminares.....................................................................85
Figura 72 – Montagem das vigas multilaminares.....................................................................86
Figura 73 – Montagem das vigas multilaminares.....................................................................86
Figura 74 – Viga com posicionamento do extensômetro.........................................................88
Figura 75 – Prensa hidráulica da empresa PRECON ...............................................................89
Figura 76 – Viga convencional sendo posicionada ..................................................................89
Figura 77 - Viga convencional sendo posicionada...................................................................90
Figura 78 – Visão em escala da viga convencional..................................................................90
Figura 79 – VCA 01 no momento da ruptura...........................................................................90
Figura 80 - VCA 02 no momento da ruptura ...........................................................................91
Figura 81 - VCA 03 no momento da ruptura ...........................................................................91
Figura 82 - VML 01 no momento da ruptura ...........................................................................92
Figura 83 – VML 01 com deformação excessiva.....................................................................92
Figura 84 - VML 02 no momento da ruptura ...........................................................................92
Figura 85 - VML 02 no momento da ruptura (outro lado) .......................................................93
Figura 86 - VML 03 no momento da ruptura ...........................................................................93
Figura 87 – Lâmina L1 pronta para receber o carregamento ...................................................94
Figura 88 – Lâmina L1 no momento da ruptura.......................................................................94
Figura 89 - Lâmina L2 pronta para receber o carregamento ....................................................94
Figura 90 - Lâmina L2 no momento da ruptura .......................................................................95
Figura 91 - Lâmina L3 pronta para receber o carregamento ....................................................95
Figura 92 - Lâmina L3 no momento da ruptura .......................................................................95
14
TABELAS
Tabela 1 – Resumo de aço da viga convencional.....................................................................69
Tabela 2 – Resumo de aço da viga multilaminar......................................................................71
Tabela 3 – Valores comparativos de materiais.........................................................................72
Tabela 4 – Valores comparativos de materiais com as áreas equivalentes de aço ...................73
Tabela 5 – Relação entre carga e deformação ..........................................................................97
15
GRÁFICOS
Gráfico 1 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VCA 01 ........................101
Gráfico 2 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VCA 02 ........................101
Gráfico 3 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VCA 03 ........................102
Gráfico 4 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VML 01........................102
Gráfico 5 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VML 02........................103
Gráfico 6 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VML 03........................103
Gráfico 7 – Valores médios das deformações em relação às cargas, referentes às VCA e VML
................................................................................................................................................104
Gráfico 8 – Valores médios das deformações em relação às cargas, demonstrados pelas linhas
de tendência ............................................................................................................................104
Gráfico 9 – Relação entre carga e deformação, referente à VCA 01, para o limite da flecha em
6,0 mm....................................................................................................................................105
Gráfico 10 – Relação entre carga e deformação, referente à VCA 02, para o limite da flecha
em 6,0 mm..............................................................................................................................105
Gráfico 11 – Relação entre carga e deformação, referente à VCA 03, para o limite da flecha
em 6,0 mm..............................................................................................................................106
Gráfico 12 – Relação entre carga e deformação, referente à VML 01, para o limite da flecha
em 6,0 mm..............................................................................................................................106
Gráfico 13 – Relação entre carga e deformação, referente à VML 02, para o limite da flecha
em 6,0 mm..............................................................................................................................107
Gráfico 14 – Relação entre carga e deformação, referente à VML 03, para o limite da flecha
em 6,0 mm..............................................................................................................................107
16
SIGLAS E SÍMBOLOS A Área da seção transversal do perfil
A90sw Área de aço da armadura transversal dos estribos
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AASHO American Association of State Highway Officials
ASHTO American Association of State Highway and Transportatin Officials
ASCE American Society of Civil Engineers
ASTM American Society for Testing Materials
A558 Classificação de aço conforme ASTM
b f Largura da base do perfil
b,b w Largura da base da viga
CA-50 Aço para concreto armado com tensão de escoamento de 500 megapascal
CA-60 Aço para concreto armado com tensão de escoamento de 600 megapascal
CBCA Centro Brasileiro de Construção em Aço
CP Corpo de prova de concreto
d Altura da viga entre o eixo da armadura tracionada e a borda mais comprimida
DIN Deutsches Institut für Normung
d L Altura mínima necessária para a viga, sem armadura comprimida
d' Espessura do recobrimento da armadura
EMP Estrutura Mista Perfeita
F Força
Fck Resistência característica do concreto aos 28 dias
f c Fator de redução do Fck do concreto
f yd Tensão admissível do aço ao escoamento, com o coeficiente de segurança
GERDAU Empresa de fabricação de aço
h Altura da alma
IBS Instituto Brasileiro de Siderurgia
K'K, Parâmetros comparativos que variam com a posição da linha neutra
kN Quilo Newton
L Comprimento da viga
L 1 Lâmina número 1, de concreto envelopado
17
M Momento fletor
M d Momento fletor majorado com o coeficiente de segurança
M máx Momento fletor máximo atuante na viga
MPa Mega Pascal
NBR Norma Técnica Brasileira
P Carregamento
PEL Perfil estrutural leve
Pu Carregamento último ou de ruptura
Q Força cortante
Q 196 Denominação de tela soldada de aço - fabricação GERDAU
s Espaçamento
tw Espessura da alma
t f Espessura das abas
VCA Viga de concreto armado
VML Viga multilaminar
V Sd Esforço cortante majorado com o coeficiente de segurança
xcg Distância do centro de gravidade a face externa da alma
τ co Tensão de cisalhamento resistida pelo concreto
τ wd Tensão de cisalhamento em função da seção transversal
τ wd2 Tensão limite convencional de cisalhamento
18
SUMÁRIO
Capítulo 1 - Introdução .................................................................................... 21
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS .............................................................................. 21
1.2 OBJETIVO............................................................................................................. 23
1.3 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 23
1.4 METODOLOGIA................................................................................................... 25
1.5 APRESENTAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ............................................................. 25
Capítulo 2 - Vigas mistas de aço e concreto ............................................... 27
2.1 CONCEITO............................................................................................................ 27
2.2 HISTÓRICO NO CONTEXTO MUNDIAL.......................................................... 29
2.3 HISTÓRICO DAS ESTRUTURAS MISTAS NO BRASIL ................................. 30
Capítulo 3 - Elementos pré-moldados de concreto................................... 31
3.1 CONCEITO E APLICAÇÕES............................................................................... 31
3.2 HISTÓRICO........................................................................................................... 31
Capítulo 4 - Estruturas multilaminares de concreto ............................ 34
4.1 HISTÓRICO E CONSIDERAÇÕES ..................................................................... 34
4.2 PILARES MULTILAMINARES DE CONCRETO.............................................. 40
4.2.1 PILARES PROTENDIDOS ................................................................................ 40
4.2.2 PILARES MULTILAMINARES CONVENCIONAIS ...................................... 42
4.3 LAJES MULTILAMINARES DE CONCRETO................................................... 42
4.3.1 DISSIPAÇÃO DE ESFORÇOS.......................................................................... 42
4.3.2 REAÇÕES DA ESTRUTURA............................................................................ 44
4.4 VIGAS MULTILAMINARES DE CONCRETO.................................................. 45
4.5 OUTRAS APLICAÇÕES DAS ESTRUTURAS MULTILAMINARES.............. 47
4.5.1 PAREDES-DIAFRAGMA.................................................................................. 47
4.5.2 DORMENTES FERROVIÁRIOS....................................................................... 48
4.5.3 TORRES DE TRANSMISSÃO DE REDE ELÉTRICA .................................... 49
4.5.4 PONTES.............................................................................................................. 50
4.5.5 MUROS DE CONTENÇÃO............................................................................... 51
19
4.5.6 ARQUIBANCADAS .......................................................................................... 54
4.5.7 FECHAMENTO DE GALPÕES.........................................................................54
4.5.8 MUROS DE IMPACTO...................................................................................... 55
4.5.9 EDIFICAÇÃO PREDIAL ................................................................................... 56
Capítulo 5 - Flexão simples em vigas retangulares ............................. 58
5.1 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO ..................... 58
5.1.1 FLEXÃO NORMAL........................................................................................... 58
5.1.2 CISALHAMENTO.............................................................................................. 59
Capítulo 6 - Pré-dimensionamentos ........................................................... 61
6.1 PRÉ-DIMENSIONAMENTO GERAL.................................................................. 61
Capítulo 7 - Desenvolvimento de cálculo .................................................. 65
7.1 DIMENSIONAMENTO DA VIGA CONVENCIONAL EM CONCRETO
ARMADO, CONFORME A ABNT .............................................................................. 65
7.1.1 CARREGAMENTO E ESFORÇOS SOLICITANTES...................................... 65
7.1.2 PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DA VIGA ................................................ 66
7.1.3 DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS.................................................. 66
7.1.3.1 FLEXÃO SIMPLES......................................................................................... 66
7.1.3.2 CISALHAMENTO........................................................................................... 67
7.1.4 DETALHAMENTO............................................................................................ 68
7.1.5 RESUMO DE AÇO............................................................................................. 69
7.1.6 CONSUMO DE MATERIAIS ............................................................................ 69
7.2 MOLDAGEM DA VIGA MULTILAMINAR ...................................................... 69
7.2.1 PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DA VIGA ................................................ 69
7.2.2 DETALHAMENTO DE 01 PLACA ENVELOPADA....................................... 70
7.2.3 PERFIL “U” – CHAPA DOBRADA.................................................................. 70
7.2.4 TELA SOLDADA............................................................................................... 70
7.2.5 RESUMO DE AÇO............................................................................................. 71
7.2.6 CONSUMO DE MATERIAIS ............................................................................ 71
7.3 COMPARAÇÃO ENTRE AS VIGAS................................................................... 71
20
Capítulo 8 – Materiais e métodos............................................................... 74
8.1 VIGAS DE CONCRETO ARMADO .................................................................... 74
8.1.1 DIMENSÕES ...................................................................................................... 74
8.1.2 FÔRMAS............................................................................................................. 74
8.1.3 ARMAÇÕES....................................................................................................... 76
8.1.4 CONCRETO........................................................................................................ 77
8.1.5 VIGAS MULTILAMINARES............................................................................ 78
8.1.6 LÂMINAS DE CONCRETO ENVELOPADO .................................................. 80
8.1.7 CONCRETAGEM............................................................................................... 80
8.1.8 DESFORMA, CURA E JUNÇÃO DAS LÂMINAS.......................................... 84
8.1.9 ENSAIOS FÍSICOS LABORATORIAIS ........................................................... 87
Capítulo 9 – Ensaios laboratoriais .............................................................. 88
9.1 DESCRIÇÕES DOS ENSAIOS............................................................................. 88
Capítulo 10 – Resultados.............................................................................. 97
10.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS.............................................................................. 97
10.2 VIGAS CONVENCIONAIS DE CONCRETO ARMADO, VIGAS
MULTILAMINARES E LÂMINAS INDIVIDUAIS.................................................... 97
Capítulo 11 – Discussão .............................................................................. 108
11.1 DISCUSSÕES GERAIS..................................................................................... 108
Capítulo 12 – Conclusão ............................................................................... 111
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 113
21
Capítulo 1 - Introdução ___________________________________________________________________________
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A análise de vigas mistas, envolvendo concreto e aço na sua moldagem, tem sido
tema de vários trabalhos científicos. Nesta pesquisa, vigas mistas de aço e concreto foram
construídas através da sobreposição de lâminas, apoiadas em uma nova tecnologia
denominada Estruturas Multilaminares de Concreto, na qual aço e concreto interagem-se de
forma plena ou perfeita.
Segundo Duarte (2006), as primeiras pesquisas sobre a tecnologia das Estruturas
Multilaminares de concreto datam do ano de 1975, quando foi estudado, por ele próprio, o
princípio de feixes para compor estruturas, tais como um feixe de molas, um arco de flecha ou
um feixe de varas.
As Estruturas Multilaminares representam uma inovação no conceito estrutural
misto, envolvendo concreto e aço. Sua concepção foi inspirada a partir da observação e
acompanhamento científico de dois acidentes provenientes de abalos sísmicos. O primeiro
ocorreu em 17 de outubro de 1989, em Loma Prieta, São Francisco, Estados Unidos da
América e o segundo em 17 de janeiro de 1995, em Kobe, Japão (DUARTE, 2006).
O pesquisador, engenheiro Anselmo Azevedo Duarte, a partir de 1995, analisou
os efeitos destes terremotos nos viadutos Cypress Street, na Califórnia e Hanshin Expressway,
no Japão e observou que estas vias suspensas não apresentaram flexibilidade necessária para
se deformarem, sem se romperem, no momento dos abalos sísmicos. A rigidez elevada,
apresentada em alguns pilares, não foi suficiente para evitar o colapso estrutural, pois os
esforços foram transmitidos para as fundações, levando-as à ruína (DUARTE, 2006).
A produção de elementos individuais esbeltos, que serão posteriormente
aglutinados entre si para a composição de uma peça estrutural, proporciona a possibilidade de
controlar, através dos graus de liberdade de movimento de suas ligações, as rigidezes finais de
cada peça que compõe um determinado sistema estrutural. Sob esta ótica tornou-se necessário
desenvolver, como elemento primário, uma lâmina específica que fosse possível controlar
suas ligações externas, utilizando, para efeito de simplificação, materiais conhecidos em
níveis globais, cujas suas utilizações fossem de domínio comum e fossem normalizadas,
22
quando se comparada com as práticas construtivas utilizadas mundialmente
(DUARTE, 2006).
Ainda, segundo Duarte (2006), o controle da rigidez de um sistema abre um
significativo leque para a aplicabilidade das Estruturas Multilaminares, minimizando as
patologias provenientes de abalos sísmicos e permitindo certas movimentações que sejam
convenientes para o aumento da durabilidade das estruturas. Embasada nestas expectativas é
que o desenvolvimento da tecnologia das Estruturas Multilaminares de Concreto teve seu
início, a partir da década de setenta.
Para a pesquisa das lâminas de aço e concreto, levou-se em consideração o
conceito de concreto confinado, que é feito através de uma moldura de aço, capaz de confinar
o concreto nas bordas e o princípio de protensão, que ocorre quando estas bordas são
interligadas por vergalhões de aço, proporcionando uma protensão distribuída ao longo de
toda a placa (DUARTE, 2006).
As placas de concreto envelopado são compostas por uma moldura de perfil de
aço laminado ou dobrado, uma malha interna de fios de aço soldados e de concreto estrutural
preenchendo todo o seu interior. Esta forma de combinar os materiais possibilita a
composição de duas ou mais lâminas, através do processo de soldagem envolvendo, para isso,
suas molduras metálicas (DUARTE, 2006).
A combinação estrutural multilaminar representa uma estrutura mista de aço e
concreto, porém foge das definições literárias, que para o atual trabalho científico que analisa
o comportamento de uma viga, prevê a laje de concreto trabalhando, através dos conectores
de cisalhamento, junto com o perfil metálico da viga, para combater esforços provenientes de
uma determinada flexão (DUARTE, 2006).
O presente trabalho científico investigou o comportamento experimental de uma
viga bi-apoiada, composta por três lâminas dispostas paralelamente entre si, quando
submetida a um carregamento pontual, perpendicular ao seu eixo. Em seguida, fez uma
comparação com outra viga submetida ao mesmo carregamento e moldada a partir dos
princípios do concreto armado convencional, normalizado pela Associação Brasileira de
Normas Técnicas (ABNT).
Os resultados dos ensaios foram analisados e comparados com o intuito de
verificar a influência da moldagem multilaminar da viga em sua eficácia de trabalho no
tocante à capacidade de carga.
23
1.2 OBJETIVO
Determinação experimental do comportamento de vigas multilaminares de aço e
concreto e comparação com vigas convencionais de concreto armado, normalizadas pela
ABNT, no tocante à capacidade de carga.
1.3 JUSTIFICATIVA
O comportamento de estruturas mistas, em especial as vigas mistas compostas de
aço e concreto, constitui uma linha de pesquisa já bastante estudada mundialmente.
Queiroz, Pimenta, Mata (2001) apud de Nardin (2003) definem: “uma ligação é
denominada mista quando a laje de concreto participa da transmissão de momento fletor de
uma viga mista para um pilar ou para outra viga mista no vão adjacente”.
Conforme Queiroz & Pimenta (2001), uma viga mista é constituída por um perfil
metálico ligado a uma laje de concreto através de conectores de cisalhamento, que garantem a
integridade entre ambos os materiais.
A viga multilaminar de concreto é uma viga mista, porém foge da definição atual
de vigas mistas, pois utiliza aço e concreto na sua composição estrutural, mas não depende da
laje para complementá-la estruturalmente.
Esta nova placa proposta por Duarte (2006) abre várias possibilidades para
aplicações estruturais nas áreas de contenções, edificações prediais residenciais, comerciais,
industriais, ferroviárias, redes de transmissão e principalmente em pontes e viadutos, porque,
ao longo do tempo, pode ser necessária a alteração dos seus carregamentos atuantes. A
aplicação de novas lâminas nas composições das vigas cria reforços necessários para um
eventual aumento de suas solicitações e para combater os efeitos causados pelo estresse
mecânico proveniente de cargas repetitivas (DUARTE 2006).
As lâminas, por serem pré-moldadas, passam por um sistema construtivo que é
possível desenvolver e manter um controle de qualidade avançado para as tecnologias
disponíveis, obtendo, com isso, uma padronização e uma precisão adequadas para a
construção das obras-de-arte em geral (DUARTE, 2006).
As lâminas, além de dotadas de novas características técnicas (protensão
distribuída, confinamento direto e confinamento interpolado), quando combinadas entre si,
resultam em elementos estruturais com características específicas. Por serem dispostas em
24
feixes estruturais, podem ser removidas, anexadas, remodeladas e substituídas ao longo da
vida útil das estruturas, possibilitando atender eventuais alterações no projeto inicial
(DUARTE, 2006).
A FIG. 1 mostra a capacidade ajustável temporariamente ou definitivamente,
através da inclusão ou exclusão de lâminas, para atender solicitações estruturais variáveis não
previstas.
Figura 1 - Combinação de lâminas Fonte: Duarte (2006)
Ainda conforme Duarte (2006), as estruturas serão construídas a partir de células
menores, que são as lâminas de concreto envelopado, proporcionando, com isso, uma maior
facilidade na logística de transportes e estocagens.
Conforme Delalibera (2002), nas regiões onde ocorrem abalos sísmicos e também
nas estruturas sujeitas a atuações de carregamentos cíclicos, a ductibilidade dos elementos
estruturais exerce um papel importante no desempenho destas estruturas e uma das maneiras
de se atingir tal ductibilidade é a inserção de armadura de confinamento nestes elementos.
Com este trabalho, espera-se ampliar os estudos científicos das estruturas mistas
com a utilização da tecnologia das Estruturas Multilaminares de Concreto, garantindo uma
maior eficácia, quando comparadas com estruturas convencionais de concreto armado.
Também mostrar as vantagens construtivas e algumas das possibilidades de combinações de
lâminas para se alcançar um interessante resultado sob o tripé: desempenho, tempo e custo
final do empreendimento.
Deslocamentos laterais
Lâminas individuais
25
1.4 METODOLOGIA
A metodologia deste trabalho consiste em revisões literárias sobre: conceito de
vigas mistas de concreto e aço; histórico da utilização das estruturas mistas em termos
mundiais e especificamente no Brasil; histórico e desenvolvimento das Estruturas
Multilaminares de Concreto; aplicações das Estruturas Multilaminares e o dimensionamento
de vigas de concreto armado, levando em consideração a flexão e o cisalhamento. Também
fazem parte desta pesquisa: moldagens de vigas multilaminares e vigas convencionais de
concreto armado; ensaios de carregamento; observações do comportamento das vigas e
conclusões sobre a eficácia das vigas mistas de concreto e aço, moldadas conforme os
princípios da teoria das Estruturas Multilaminares de Concreto, quanto às suas capacidades de
carga.
1.5 APRESENTAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
O presente trabalho é constituído por assuntos que abordam aspectos referentes ao
comportamento de vigas mistas de aço e concreto, de acordo com os princípios das Estruturas
Multilaminares de Concreto.
A seguir, apresentam-se, em ordem, os conteúdos dos capítulos que compõem esta
Dissertação:
CAPÍTULO 1 – Introdução: considerações iniciais com apresentação do tema; objetivos;
justificativas e metodologia empregada no trabalho e apresentação da Dissertação.
CAPÍTULO 2 – Vigas Mistas de Aço e Concreto: conceitos de vigas mistas e conectores de
cisalhamento e históricos das estruturas mistas no Brasil e no mundo.
CAPÍTULO 3 – Elementos pré-moldados de concreto: conceitos; aplicações e breve histórico.
CAPÍTULO 4 – Estruturas Multilaminares de Concreto: histórico do desenvolvimento da
teoria das Estruturas Multilaminares de Concreto; princípios do comportamento destas
estruturas e aplicações na construção civil em geral.
26
CAPÍTULO 5 – Flexão simples em vigas de seções retangulares: descrição dos métodos de
dimensionamento à flexão e ao cisalhamento de vigas de concreto armado de seção
retangular.
CAPÍTULO 6 – Pré-dimensionamentos: descrição preliminar dos materiais utilizados na
moldagem das vigas multilaminares e das vigas convencionais; especificações das dimensões
das vigas e métodos de moldagens e ensaios das mesmas.
CAPÍTULO 7 – Desenvolvimento de Cálculo: descrição dos cálculos de dimensionamento
das vigas de concreto armado e das vigas multilaminares de concreto.
CAPÍTULO 8 – Materiais e Métodos: especificação dos materiais utilizados na pesquisa e
pré-estabelecimento dos métodos envolvidos nos processos.
CAPÍTULO 9 – Ensaios de Laboratório: descrição dos ensaios laboratoriais, equipamentos
utilizados e taxa de variação do carregamento.
CAPÍTULO 10 – Resultados: apresentação dos resultados encontrados no laboratório e
catalogação dos dados técnicos.
CAPÍTULO 11 – Discussão: análise dos resultados experimentais e comparação entre as
vigas multilaminares e as vigas de concreto armado convencional.
CAPÍTULO 12 – Conclusão: formulação e apresentação das conclusões de acordo com os
objetivos propostos para esta pesquisa.
REFERÊNCIAS: Livros, Teses, Dissertações, Artigos, Normas técnicas, revistas técnicas e
endereços eletrônicos citados na dissertação.
27
Capítulo 2 - Vigas mistas de aço e concreto ___________________________________________________________________________
2.1 CONCEITO
O comportamento de vigas mistas de aço-concreto é um conceito já difundido na
engenharia civil em níveis mundiais.
Queiroz, Pimenta & Mata (2001) apud Nardin (2003) definem: “uma ligação é
denominada mista quando a laje de concreto participa da transmissão de momento fletor de
uma viga mista para um pilar ou para outra viga mista no vão adjacente”.
Conforme Queiroz & Pimenta (2001), uma viga mista é constituída por um perfil
metálico ligado a uma laje de concreto através de conectores de cisalhamento, que garantem a
integridade entre ambos os materiais.
A FIG. 2 mostra alguns tipos de conectores de cisalhamento utilizados nas vigas
mistas de concreto e aço.
e) Pino com gancho
d) Espiral
c) Barra com alça
b) Perfil "U" laminado
a) Pino com cabeça (STUD)
Figura 2 - Tipos usuais de conectores de cisalhamento
Fonte: adaptado de Alva & Malite (2005)
28
A FIG. 3 mostra um esquema de viga mista em que um perfil metálico une-se à
laje de concreto através de um conector de cisalhamento. Esta conexão evita o
escorregamento do concreto sobre o perfil metálico, tornando a laje solidária no combate aos
esforços de flexão.
Figura 3 – Esquema de viga mista de concreto e aço Fonte: o autor
A FIG. 4 mostra uma viga metálica com os conectores de cisalhamento soldados,
prontos para receberem a concretagem da laje.
Figura 4 – Conector tipo pino com cabeça (stud) Fonte: adaptado de Tristão & Munaiar Neto (2005)
Perfil metálico
Conector de cisalhamento
Laje de concreto armado
29
2.2 HISTÓRICO NO CONTEXTO MUNDIAL
Os primeiros estudos envolvendo as estruturas mistas de aço-concreto tiveram seu
início na Inglaterra em 1914, por meio de diversos ensaios a respeito de sistemas compostos
para pisos, feitos pela empresa Redpath Brow and Company (MALITE, 1990 apud
KOTINDA, 2006).
Klinsky (1999) cita que a construção mista aço-concreto foi marcada em 1926
pela patente “Composite Beam Construction”, pertencente a J. Khan, e pelos estudos
realizados por R. A. Caughey e publicados em 1929. Tais publicações técnicas impulsionaram
a então recente tecnologia, que passou a se destacar, nas duas décadas subseqüentes, em
construções de pontes rodoviárias.
Ainda conforme Klinsky (1999), no ano de 1944 surgiram as primeiras
publicações de pesquisas, com caráter normalizador, relativas às estruturas mistas aço-
concreto, realizadas pela “American Association of State Highway Officials” (AASHO), hoje
(AASHTO) “American Association of State Highway and Transportatin Officials”. Os
critérios de projetos, obtidos a partir destes trabalhos científicos, implementaram rapidamente
as construções, utilizando esta nova tecnologia estrutural envolvendo o aço e o concreto.
Viest (1960) apud Kotinda (2006) informa que as primeiras vigas mistas
utilizando aço-concreto foram construídas através do embutimento de um perfil de aço em um
maciço de concreto, cuja interação do aço com o concreto se dava através da aderência natural
entre os dois materiais.
De forma gradativa, o sistema de perfil completamente embutido no concreto,
caracterizando as vigas mistas, foi sendo substituído por outro sistema no qual uma laje de
concreto apoiava-se na mesa superior de uma viga de aço. A aderência entre as partes se dava
através de conectores mecânicos, denominados conectores de cisalhamento (KOTINDA,
2006).
Viest (1960) apud Kotinda (2006) menciona que os primeiros estudos sobre os
conectores de cisalhamento foram realizados em 1933, na Suíça, sendo estes de seção
transversal cilíndrica e de forma espiral. Outro tipo de conector mecânico, denominado “pino
de cabeça” (stud bolt ), foi desenvolvido em 1954 nas Universidades de Illinois e de Lehigh e
passou a ser utilizado de forma marcante nas estruturas mistas atuais.
Klinsky (1999) cita que as normas americanas passaram por uma atualização no
ano de 1961, época esta em que a Alemanha normalizou as construções mistas aço-concreto,
30
através do código DIN 1078. Posteriormente, outros estudos envolvendo estruturas mistas
foram feitos por pesquisadores como: Fisher, Daniels & Slutter (1979); Johnson & Hope-Gill
(1976); Botzler & Colville (1979); Salani, Duffield, Mc Bean & Baldwin (1982) e Grace &
Kennedy (1986). Em 1985, foi feita uma revisão de todo o escopo disponível sobre vigas
mistas de pontes, por uma comissão formada por pesquisadores da ASCE – AASHTO.
2.3 HISTÓRICO DAS ESTRUTURAS MISTAS NO BRASIL
Malite (1993) apud Kotinda (2006) menciona que as construções mistas de aço-
concreto, no Brasil nas décadas de 1950 e 1960, restringiam-se a poucos edifícios e pequenas
pontes. Na década de 1970 e meados de 1980 não houve evolução da tecnologia de
construção mista, pois este período foi marcado por uma forte tendência à utilização do
concreto armado e do concreto protendido nas obras de edificações e pontes rodoviárias.
Na segunda metade da década de 1980 é que as estruturas mistas de aço-concreto
tiveram um alavancamento no Brasil, através de construções de edifícios comerciais,
industriais, residenciais e das pontes de um modo geral. Também foi nesta época que as
pesquisas sobre o assunto se expandiram, aumentando os subsídios necessários para a
utilização da referida tecnologia (KOTINDA, 2006).
Segundo Malite (1990) apud Sisniegas & Malite (2005), o aumento da produção
de aço no Brasil e a busca de novas soluções arquitetônicas impulsionaram a construção de
edifícios, utilizando a tecnologia mista como opção estrutural.
Sisniegas & Malite (2005) citam que a primeira normalização das estruturas
mistas, no Brasil, ocorreu no ano de 1986 pela NBR-8800: “Projeto e Execução de Estruturas
de Aço de Edifícios”.
31
Capítulo 3 - Elementos pré-moldados de concreto ___________________________________________________________________________
3.1 CONCEITO E APLICAÇÕES
Segundo a International Organization for Standardization – ISO (1984) apud
Oliveira (2002), elementos são um agregado de componentes, utilizados conjuntamente, como
um produto manufaturado em uma unidade distinta para servir a uma função.
Um elemento pré-moldado e definido como sendo aquele que passou por um
processo de execução em que a sua construção total, ou parcial, é desenvolvida fora do local
de sua utilização definitivo. A aplicação das técnicas e dos elementos pré-moldados se
expande por diversas áreas das construções civis leves e pesadas, como por exemplo, os
estádios, galpões industriais, estacas de fundações e edifícios residenciais (CASTILHO,
1998).
Conforme Duarte (2006), os elementos pré-moldados que compõem as Estruturas
Multilaminares de concreto podem ter caráter estrutural, de vedação ou ambos, pois estes são
construídos em forma de painéis de concreto envelopado, possibilitando estas aplicações.
3.2 HISTÓRICO
Segundo Castilho (1998), a utilização de elementos pré-moldados coincide com o
início do desenvolvimento do concreto armado. As primeiras aplicações de elementos pré-
moldados foram: a construção de um barco, em 1848, e os vasos de Joseph Monier, em 1849.
A primeira construção utilizando elementos pré-moldados de concreto armado foi em Paris,
em 1891, com vigas do Cassino Biarritz.
Nos Estados Unidos, os primeiros estudos e aplicações de elementos pré-
moldados de concreto armado tiveram seu início a partir do ano de 1900. Conforme Phillips e
Sheppard (1988), em 1907, ainda nos Estados Unidos, houve uma intensificação nos estudos
da tecnologia de elementos pré-moldados de concreto (CASTILHO, 1998).
Conforme Castilho (1998), o cenário europeu teve seu início de forma bem
semelhante ao dos Estados Unidos, porém foi intensificado com as construções que se fizeram
32
necessárias após a 2ª Guerra Mundial, principalmente as construções de galpões industriais,
escolas, hospitais e pontes.
Segundo Vasconcelos (1988) apud Castilho (1998), no Brasil as construções pré-
moldadas de concreto armado tiveram seu início com a fabricação de estacas, em 1925, para
as fundações da obra do Jockey Clube do Rio de Janeiro.
Os estudos e as aplicações de estruturas pré-moldadas de concreto têm avançado
na Europa e nos Estados Unidos, porém, no Brasil, ainda é limitado, se restringindo às
aplicações em larga escala no caso de construções de galpões e em elementos de laje, estacas
e tubos de drenagem pluvial (CASTILHO, 1998).
A FIG. 5 mostra uma ponte em construção cujas vigas principais são em concreto
pré-moldado.
Figura 5 – Ponte pré-moldada em concreto armado Fonte: Catálogo técnico - PRECON (2006)
A FIG. 6 mostra um conjunto habitacional construído na Polônia, utilizando a
tecnologia do concreto pré-moldado.
Figura 6 – Conjunto habitacional – Polônia Fonte: Catálogo técnico - PRECON (2006)
33
Nas FIG. 7, 8 e 9 pode-se observar outros exemplos de aplicação das estruturas
pré-moldadas de concreto.
Figura 7 – Painéis pré-moldados para vedação Fonte: Catálogo técnico - PRECON (2006)
Figura 8 – Edifício comercial em estrutura pré-moldada
Fonte: Catálogo técnico - PRECON (2006)
Figura 9 – Edifício em Lisboa – Portugal Fonte: Catálogo técnico - PRECON (2006)
34
Capítulo 4 - Estruturas multilaminares de concreto ___________________________________________________________________________
4.1 HISTÓRICO E CONSIDERAÇÕES
Os primeiros estudos envolvendo os princípios das “Estruturas Multilaminares de
Concreto” ocorreram no ano de 1975, no Japão e sofreram um avanço nas décadas de 80 e 90
com a ocorrência dos terremotos de Loma Prieta, nos Estados Unidos e Kobe no Japão
(DUARTE, 2006).
A FIG. 10 mostra o mapa de localização onde ocorreu o terremoto de Loma
Prieta, na Califórnia.
A FIG. 11 mostra a estrutura de concreto da Cipress Street após os abalos
sísmicos de 1989, na Califórnia.
A FIG. 12 mostra o mapa de localização onde ocorreu o terremoto de Kobe, no
Japão.
Figura 10 – Loma Prieta - São Francisco – Califórnia – EUA Fonte: Duarte (2006)
35
Figura 11 – Cypress Street – Loma Prieta – Califórnia – EUA
Fonte: Duarte (2006)
Figura 12 – Kobe – Japão Fonte: Duarte (2006)
A FIG. 13 mostra a estrutura de concreto da Hanshin Expressway – Kobe, após os
abalos sísmicos de 1995, no Japão.
Figura 13 – Hanshin Expressway – Kobe – Japão
Fonte: Duarte (2006)
36
O foco do pesquisador era tentar compor, através do princípio dos feixes,
estruturas dotadas de ductibilidade que pudessem absorver as energias de movimentos
sísmicos, atuando sobre peças de concreto armado. O princípio científico dos feixes baseia-se
nos seguintes elementos: um feixe de molas, um arco de flecha, um feixe de varas, etc.
(DUARTE, 2006).
As micro fissuras que aparecem em uma peça de concreto armado, quando
submetida à flexão, não se dispõem em espaços e formas regulares. Assim, a estrutura
fissurada, no regime elástico, não gera lâminas semelhantes geometricamente e paralelas entre
si. Apesar desta propriedade, este modelo de comportamento estrutural pode ser comparado,
em uma escala maior, a um feixe de lâminas paralelas, aproximando do conceito das
Estruturas Multilaminares de Concreto (DUARTE 2006).
Duarte (2006) cita que a construção utilizando a Estrutura Multilaminar pode ser
representada pelo conceito dos feixes. Estes feixes apresentam uma especificidade particular,
pois são construídos a partir da junção de placas unidirecionais de diversas dimensões e
formatos. Também permitem a alteração destas variáveis, visando proporcionar mudanças nas
condições estruturais finais das peças multilaminares.
Ainda segundo Duarte (2006), três características chamam a atenção na utilização
das estruturas multilaminares: a longevidade, que é marcada pela prorrogação da vida útil das
peças, através da substituição das lâminas ao longo do tempo; a originalidade, que apresenta a
possibilidade de alterar, estruturalmente, o objetivo original da peça ao longo se sua vida útil,
para atender uma nova solicitação ou para se atualizar, bastando acrescentar ou retirar lâminas
do feixe e a especificidade, que é caracterizada pela infinidade de maneiras de combinar as
placas para atender às necessidades da engenharia.
A FIG. 14 mostra a propriedade de reparação das estruturas por meio de
substituição de lâminas danificadas, por outras em perfeito estado de conservação ou por
lâminas novas. Também as novas placas podem ser de espessuras, perfis metálicos e
concretos diferenciados para aumentar as suas capacidade de cargas.
A FIG. 15 mostra a propriedade que as Estruturas Multilaminares têm de se
adequar a diversas especificidades de aplicação, através da inserção de mantas com funções
de isolantes térmicos, acústicos, radioativos, resistentes a impactos, dentre outras.
37
Figura 14 – Ilustração de substituição de placas Fonte: Duarte (2006)
Figura 15 – Inserção de mantas nas placas Fonte: Duarte (2006)
O controle das rigidezes das peças estruturais pode ser obtido através do grau de
liberdade de movimento das ligações entre as peças que as compõem. Os elementos primários
apresentam esta propriedade, pois podem ser aglutinados através de enumeras combinações
para obter um feixe estrutual (DUARTE, 2006).
Ainda conforme Duarte (2006), as estruturas serão construídas a partir de células
menores, que são as lâminas de concreto envelopado, soldadas umas nas outras,
proporcionando, com isso, maior facilidade na logística de transportes e estocagens.
Lâmina para isolamento
Espaços para isolamento ou
ventilação
Lâmina removida para reparos
38
Sob esta visão tornou-se necessário desenvolver, como elemento primário, uma
lâmina específica em que fosse possível controlar suas ligações externas e que utilizasse
materiais conhecidos em níveis globais e que suas utilizações fossem tanto de domínio
comum como normalizadas (DUARTE, 2006).
As FIG. 16 e 17 mostram as lâminas de concreto envelopado, no seu sistema
construtivo.
Figura 16 - Fabricação de painéis envelopados de aço e concreto Fonte: Duarte (2006)
Figura 17 - Fabricação de painéis envelopados de aço e concreto Fonte: Duarte (2006)
Conforme Duarte (2006), as lâminas envelopadas são construídas a partir de uma
moldura de Perfil Estrutural Leve (PEL) ou de perfil com chapa dobrada que é preenchida
com uma malha soldada de aço e concreto estrutural.
Por definição, os Perfis Estruturais Leves são aqueles obtidos a partir do
dobramento a frio de chapas de aço ou laminados a quente, desde que a relação entre a largura
39
e a espessura do elemento plano do perfil seja capaz de proporcionar falhas por efeito de
flambagem local (DUARTE, 2006).
O painel envelopado soluciona o problema da flambagem local do perfil, no
regime elástico, através do preenchimento deste com concreto estrutural, combinado com uma
malha soldada de aço (DUARTE, 2006).
Ainda segundo Duarte (2006), o controle da rigidez de um sistema multilaminar
abre um leque para a aplicabilidade das estruturas multilaminares. O movimento controlado
dos elementos estruturais visa minimizar as patologias provenientes de abalos sísmicos e o
aumento da durabilidade das estruturas. Embasada nestas expectativas é que o
desenvolvimento da tecnologia das Estruturas Multilaminares de concreto teve seu início a
partir da década de setenta.
Para a pesquisa e avaliação das resistências estruturais das lâminas de concreto e
aço (painéis envelopados), levou-se em consideração um conceito pouco utilizado na
engenharia, concreto confinado. Este confinamento é causado por uma tela e uma moldura de
aço, capazes de confinar o concreto nas bordas e produzir um princípio novo, conhecido como
protensão distribuída passiva (DUARTE, 2006).
Conforme Delalibera (2002), nas regiões onde ocorrem abalos sísmicos e nas
peças com atuação de carregamentos cíclicos, a ductibilidade dos elementos estruturais exerce
um papel importante no desempenho destas estruturas e uma das maneiras de se atingir tal
ductibilidade é a inserção de armadura de confinamento nestes elementos. A seguir estão
representados dois exemplos de utilização das Estruturas Multilaminares de concreto.
A FIG. 18 mostra uma contenção executada com as lâminas estruturais de
concreto envelopado na construção de um estádio de futebol na região metropolitana de Belo
Horizonte.
Figura 18 – Muro de contenção Fonte: www.laminus.com.br
40
A FIG. 19 mostra uma casa residencial construída com a tecnologia das Estruturas
Multilaminares de concreto.
Figura 19 – Edificação residencial Fonte: www.laminus.com.br
4.2 PILARES MULTILAMINARES DE CONCRETO
4.2.1 PILARES PROTENDIDOS
As condições de ruína dos viadutos Cypress Street e Hanshin Expressway após os
terremotos de Loma Prieta e Kobe, explicitaram os rompimentos dos seus pilares de
sustentação, direcionando os primeiros estudos envolvendo as Estruturas Multilaminares.
Segundo Duarte (2006), com o foco voltado para encontrar uma forma flexível
para a construção de pilares sujeitos aos abalos sísmicos, foi proposto um modelo cuja peça
seria composta por vários blocos e lâminas, unidos internamente por cabos de aço. Estes
cabos seriam tensionados de acordo com a protensão desejada, proporcionando a flexibilidade
compatível com os movimentos sísmicos, dificultando assim o seu colapso.
Os pilares multilaminares de concreto possibilitam a combinação de lâminas de
diversas espessuras e de resistências mecânicas variadas, com alternância de distribuição ao
longo da peça, tornando-as capazes de atender diversas especificidades de projetos. Também
apresentam a propriedade de poder ser alterados durante a sua vida útil, através da
substituição de placas (DUARTE, 2006).
A FIG. 20 mostra o primeiro modelo de pilar flexível, utilizando as Estruturas
Multilaminares de concreto.
41
Figura 20 – Modelo de pilar multilaminar Fonte: Duarte (2006)
Segundo Duarte (2006), O confinamento direto do concreto, proporcionado pelas
molduras de aço, aumenta a sua resistência à compressão, pois, quando submetido a um
carregamento axial, a massa de concreto encontra dificuldades de rompimento, proveniente
das forças de tração que ocorrem na direção radial ao pilar.
A FIG. 21 mostra o efeito de um corpo de prova convencional de concreto e outro
corpo de prova de concreto confinado, quando submetido a uma força de compressão axial.
Figura 21 – Corpo de prova com concreto confinado
Fonte: Duarte (2006)
42
4.2.2 PILARES MULTILAMINARES CONVENCIONAIS
Os Pilares considerados convencionais de Estruturas Multilaminares de concreto
são formados pela união de duas ou mais lâminas de concreto envelopado, unidas
paralelamente entre si. O número de lâminas aumenta a possibilidade de confinamento das
lâminas interiores e provoca um aumento da resistência à flambagem e à compressão
(DUARTE, 2006).
A FIG. 22 mostra um pilar composto por três lâminas que além do confinamento
direto dos bordos, causado pelos perfis metálicos da moldura, e do confinamento interpolado
das placas, proporcionado pela malha interna de aço, apresenta uma lamina confinada no
centro da estrutura, pelas lâminas laterais.
Figura 22 – Pilar composto por três lâminas Fonte: Duarte (2006)
4.3 LAJES MULTILAMINARES DE CONCRETO
4.3.1 DISSIPAÇÃO DE ESFORÇOS
As lajes de concreto envelopado são elementos estruturais esbeltos que têm a
propriedade de visualização simplificada do princípio estudado pela tecnologia das Estruturas
Multilaminares.
A A
A A --
43
Quando uma placa é submetida a uma força F, aplicada em seu centro, os esforços
são transmitidos às barras de aço que compõem a malha estrutural, solicitando mecanicamente
os seus nós. Estes são envolvidos pelo concreto que os dissipa ao longo da placa (DUARTE,
2006).
A FIG. 23 mostra as reações nos nós da malha quando esta é solicitada através da
aplicação de uma força centrada.
P E
R F
I L
M
E T
Á L
I C
O
P E R F I L M E T Á L I C O
F
C O N
C R
E T
O
Figura 23 – Esquema de dissipação de cargas em uma placa de concreto envelopado
Fonte: adaptado de Duarte (2006)
Expandindo a distribuição de esforços para uma placa, em sua totalidade, pode-se
observar, geometricamente, a capacidade de distribuição dos esforços e, conseqüentemente, a
propriedade de dissipação dos mesmos por intermédio do concreto estrutural no qual a malha
de aço está inserida, como mostra a FIG. 24 (DUARTE, 2006).
44
Figura 24 – Esquema de distribuição de esforços nos nós Fonte: adaptado de Duarte (2006)
4.3.2 REAÇÕES DA ESTRUTURA
Quando uma força F é aplicada no centro, perpendicularmente ao plano da lâmina,
a malha de aço é tracionada e isto resulta em esforços nos perfis envelopadores. Estes perfis,
por sua vez, comprimem o concreto que existe no interior da peça e o concreto resiste a estes
esforços na face do perfil solicitado (DUARTE, 2006).
Para efeito de simplificação, a FIG. 25 mostra apenas duas barras da malha interna
de aço.
Sob efeito de um carregamento perpendicular ao plano principal da placa, esta
passa a se comportar como um modelo de “cama elástica”, com os bordos comprimindo o
interior da lâmina, criando um confinamento interpolado devido à ação da malha de aço
soldada entre si e nos perfis que compõem a moldura externa da lâmina envelopada
(DUARTE, 2006), conforme mostra a FIG. 26.
F
P E R F I L M E T Á L I C O
P E
R F
I L
M
E T
Á L
I C
O
45
Figura 25 – Esquema de reações Fonte: adaptado de Duarte (2006)
Figura 26 – Confinamento interno do concreto Fonte: adaptado de Duarte (2006)
4.4 VIGAS MULTILAMINARES DE CONCRETO
Segundo Duarte (2006), as vigas multilaminares de concreto são moldadas a partir
de uma única lâmina ou pela combinação de duas ou mais lâminas envelopadas. As placas são
construídas isoladamente e dispostas em posições pré-estabelecidas, a fim de combater os
esforços atuantes nas peças.
As vigas podem ser montadas a partir de lâminas empilhadas ou dispostas
paralelamente entre si, conforme está ilustrado na FIG. 27.
C O N
C R
E T
O
F
P E R F I L M E T Á L I C O
P E
R F
I L
M
E T
Á L
I C
O
46
Figura 27 – Disposição das placas de uma viga Fonte: adaptado de Duarte (2006)
Conforme Duarte (2006), a característica pré-moldada dos elementos estruturais
favorece a execução de reforços ao longo da vida útil da estrutura, agilidade no tempo de
execução da obra, limpeza do canteiro e redução de peso e de volume dos elementos
transportados que comporão as vigas.
Para unir as lâminas de concreto envelopado são utilizadas soldas nas bordas dos
perfis e estas podem ser especificadas de acordo com o grau de rigidez que se pretende para a
estrutura (DUARTE, 2006).
A FIG. 28 mostra duas lâminas dispostas paralelamente entre si compondo, uma
viga multilaminar.
Figura 28 – Lâminas de concreto para composição de vigas Fonte: Duarte (2006)
CARREGAMENTO
47
A FIG. 29 ilustra um pórtico multilaminar, no qual as placas foram dispostas e
aglutinadas mais intensamente nas regiões de maiores esforços, coincidindo com a cobertura
dos diagramas de momentos fletores.
Figura 29 – Pórtico multilaminar Fonte: Duarte (2006)
4.5 OUTRAS APLICAÇÕES DAS ESTRUTURAS MULTILAMINAR ES
4.5.1 PAREDES-DIAFRAGMA
As estruturas metálicas, quando submetidas a esforços horizontais provenientes da
carga de vento, de abalos sísmicos ou de utilização necessitam de serem enrijecidas para se
manterem estáveis em relação aos esforços mecânicos. Este enrijecimento pode ser obtido
através de fixação de perfis de contraventamento, construção de núcleos de concreto ou
utilização de paredes-diafragma, também chamadas de paredes de cisalhamento, nos vãos
entre os pilares e entre as lajes (IBS/CBCA, 2004).
Segundo Duarte (2006), os painéis envelopados de concreto podem ser usados nos
sistemas de estabilização horizontal das estruturas metálicas, pois estes são compostos por
uma moldura metálica que viabiliza sua fixação através da soldagem direta nos pilares que
constituem os pórticos da estrutura.
A FIG. 30 mostra a deformação de um pórtico, quando submetido a um
carregamento horizontal.
A FIG. 31 mostra um edifício de andares múltiplos, de estrutura metálica e
estabilização horizontal através de paredes de cisalhamento.
48
Figura 30 – Pórtico submetido a um carregamento horizontal Fonte: Duarte (2006)
Figura 31 – Estrutura metálica com parede de cisalhamento Fonte: Duarte (2006)
4.5.2 DORMENTES FERROVIÁRIOS
As lâminas de concreto envelopado podem ser usadas na construção de dormentes
para as ferrovias, bastando para isso, unir algumas placas, moldadas sob medida, a fim
receberem os trilhos metálicos. Com a propriedade pré-moldada desta tecnologia, é possível
dar manutenção ou reforçar os dormentes, apenas substituindo as lâminas danificadas por
outras em perfeito estado de funcionamento. Como as placas são fabricadas separadamente, é
possível controlar as suas rigidezes individuais e a rigidez final do dormente, diminuindo o
impacto entre a composição férrea e os trilhos. Esta ação visa proporcionar um aumento do
49
conforto para os usuários do transporte ferroviário e diminuir os custos com manutenção das
locomotivas e vagões, que deslizarão de forma mais suave sobre os trilhos, quando
comparados com os de ferrovias que utilizam dormentes de concreto (DUARTE, 2006).
A FIG. 32 mostra um dormente, experimental, utilizando as estruturas
multilaminares de concreto.
Figura 32 – Dormente ferroviário Fonte: Duarte (2006)
4.5.3 TORRES DE TRANSMISSÃO DE REDE ELÉTRICA
As torres de transmissão, utilizadas pelas empresas de geração e distribuição de
energia elétrica no Brasil, são construídas, de forma significativa, em estruturas metálicas
reticuladas. Suas características construtivas expõem as estruturas e os usuários a riscos
acidentais ou mesmo proporcionados pela ação antrópica. Por se constituírem de um sistema
treliçado de barras esbeltas, facilita a escalada de pessoas, que utilizam deste artifício para
praticarem roubos de peças e equipamentos. Também as torres são desmontadas e vendidas
como ferro-velho pelas mesmas pessoas que praticam estes atos ilícitos. Além de causar um
transtorno para os consumidores que podem ficar sem energia elétrica, estas práticas de
vandalismo geram um risco de vida para as pessoas que as praticam e um custo adicional de
manutenção das redes, custo este, que onera todo o serviço de fornecimento de energia
elétrica (DUARTE, 2006).
As estruturas multilaminares podem ser utilizadas para a construção de torres de
transmissão, dificultando a ação de vândalos e, com isso, a redução de gastos financeiros com
a manutenção, devido ao roubo de equipamentos e cortes inesperados da distribuição de
energia elétrica.
50
A FIG. 33 mostra um esquema de torre de transmissão, cuja estrutura é de forma
híbrida, envolvendo estruturas metálicas reticuladas e estruturas multilaminares de concreto.
Figura 33 – Torre de transmissão elétrica Fonte: Duarte (2006)
4.5.4 PONTES
Segundo Duarte (2006), a tecnologia das Estruturas Multilaminares de Concreto
possibilitou a realização da experiência de construção de uma ponte, cujas vigas principais
foram em perfil de aço do tipo “I” e o tabuleiro foi composto por duas lâminas sobrepostas, de
concreto envelopado, tendo 75 mm de espessura cada uma. Esta obra confirmou a expectativa
inicial quanto à rapidez de execução e quanto ao seu desempenho estrutural.
A utilização da tecnologia multilaminar na construção de pontes possibilitará as
suas manutenções futuras e possíveis reforços que se fizerem necessários para se manter a
capacidade de carga inicial de projeto ou o aumento do trem-tipo, a fim de atender as
especificidades momentâneas ou definitivas de utilização no futuro (DUARTE, 2006).
A FIG. 34 mostra a foto de uma ponte executada a partir dos conceitos
estabelecidos na tecnologia das Estruturas Multilaminares de Concreto.
51
Figura 34 – Ponte em placas de concreto envelopado Fonte: Duarte (2006)
4.5.5 MUROS DE CONTENÇÃO
As placas multilaminares foram estudadas e preparadas para a utilização nas
contenções de encostas ou aterros. Estas preservam as suas características originais e podem
ser aplicadas de várias formas, destacando-se duas: a contenção com placas que utilizam o
sistema de “ficha” para combater o empuxo de terra e evitar o seu tombamento e o sistema
atirantado que transmite os esforços ao maciço que está sendo contido. Para se fazer a
ancoragem dos tirantes foi desenvolvida por Duarte (2006) uma cápsula de aço que é inserida
na placa no momento de sua concretagem. Estas placas podem ser individuais ou múltiplas,
através da combinação de duas ou mais lâminas, com espessuras e posicionamentos
específicos para cada esforço solicitante (DUARTE, 2006).
A FIG. 35 mostra um painel de concreto envelopado, utilizando a tecnologias das
Estruturas Multilaminares de Concreto, com a presença das cápsulas de ancoragem dos
tirantes.
52
Figura 35 – Ponte em placas de concreto envelopado Fonte: Duarte (2006)
As FIG. 36, 37 e 38 mostram o esquema das placas, com detalhes das cápsulas de
aços para atirantamento.
Figura 36 – Placa para contenção de encosta – detalhe da cápsula Fonte: Duarte (2006)
Figura 37 – Detalhe da cápsula com os tirantes Fonte: Duarte (2006)
53
Figura 38 – Detalhe da cápsula fechada Fonte: Duarte (2006)
Na FIG. 38 nota-se que a cápsula de ancoragem pode ser completamente
arrematada, no mesmo plano da lâmina que compõe o muro de arrimo, evitando, com isso, as
saliências encontradas nas ancoragens convencionais de muro de contenções. Estas saliências,
além de prejudicarem esteticamente o painel, propiciam um fator de insegurança para os
usuários, quando as contenções são construídas em rodovias.
A FIG. 39 mostra saliências presentes nos arremates de tirante de muros de arrimo
onde houve uma colisão, atingindo o painel do muro e o arremate da ancoragem.
Figura 39 – Muro de arrimo atirantado Fonte: Duarte (2006)
54
4.5.6 ARQUIBANCADAS
As Estruturas Multilaminares de Concreto possibilitam também a construção de
arquibancadas em estádios esportivos, pois ao mesmo tempo em que estas servem para a
composição dos pisos e espelhos das escadas, servem também como contenção do maciço que
se localiza atrás da estrutura, quando é executada sobre o terreno natural e em declive
(DUARTE, 2006).
Conforme Duarte (2006), a moldagem de uma arquibancada se dá de forma
rápida, limpa e simples, pois as placas já vêm acabadas de fábrica e suas uniões se dão através
de soldagem entre as molduras que as compõem.
A FIG. 40 mostra um estádio de futebol, construído na cidade de Sete Lagoas –
MG, no ano de 2006, cuja arquibancada foi construída utilizando uma combinação de lâminas
de concreto envelopado, caracterizando uma Estrutura Multilaminar de Concreto.
Figura 40 – Arquibancada de estádio de futebol
Fonte: Duarte (2006)
4.5.7 FECHAMENTO DE GALPÕES
As lâminas de concreto envelopado assumem vários papeis na construção civil,
podendo ser utilizadas para comporem estruturas ou simplesmente como painéis de vedação.
Uma aplicação para as placas de concreto, como vedação, é o fechamento lateral de galpões
industriais, que apresentam pórticos uniformes, normalmente metálicos, com vãos que se
repetem inúmeras vezes ao longo de uma única face. Esta especificidade propicia rapidez
construtiva, pois a fábrica pode produzir múltiplos painéis de mesmas dimensões,
55
simplificando o processo produtivo das lâminas e também a logística proposta para a sua
fixação nas fachadas dos edifícios (DUARTE, 20006).
A FIG. 41 mostra o fechamento lateral de um galpão industrial em uma fábrica de
cimento na região metropolitana de Belo Horizonte.
Figura 41 – Fechamento lateral de galpão Fonte: Duarte (2006)
4.5.8 MUROS DE IMPACTO
A tecnologia das Estruturas Multilaminares de Concreto pode ser aplicada em
áreas sujeitas a impactos laterais na forma de placas cravadas no solo, como em autódromos e
rodovias. As lâminas utilizam de suas características de confinamento direto, confinamento
interpolado e de protensão distribuída para garantirem suas resistências ao tombamento, sem
se romperem com impactos de veículos, ou para se deformarem, dissipando a energia e
diminuindo risco para os usuários. Além disso, por serem mais esbeltas do que os muros de
contenção em concreto armado convencional, estas ocupam um menor espaço físico e podem
ser ampliadas, removidas, relocadas e reutilizadas de acordo com as necessidades da via
(DUARTE, 2006).
A FIG. 42 mostra um muro de impacto construído em uma pista de
automobilismo, na região metropolitana de Belo Horizonte.
56
Figura 42 – Muro de impacto Fonte: Duarte (2006)
4.5.9 EDIFICAÇÃO PREDIAL
Os estudos sobre as placas de concreto envelopado viabilizaram o
desenvolvimento de projetos para atender as necessidades específicas das edificações prediais.
As lâminas funcionam como paredes de vedação e, ao mesmo tempo, como paredes
estruturais. Como são construídas em fábricas, as instalações elétricas e hidráulicas e as
esquadrias são fixadas nas placas antes de suas concretagens. As lâminas saem da forma com
as faces lisas, pois as mesas moldadoras são de aço, favorecendo o acabamento final das
paredes. Estas podem receber a aplicação direta de gesso ou massa corrida ou mesmo a
pintura diretamente sobre o concreto. Também, o concreto pode ficar aparente, reduzindo os
custos de construção da edificação. Como o processo é pré-moldado, a montagem da casa é
ágil e com perda de materiais tendendo a zero.
A FIG. 43 mostra uma edificação predial de um pavimento construída na região
metropolitana de Belo Horizonte. As lajes são inclinadas e o telhado é montado diretamente
sobre elas. A parede externa mostra uma textura que foi aplicada diretamente sobre a placa de
concreto envelopado. A estrutura foi montada sobre um radier plano e as lâminas foram
unidas por meio de solda entre as molduras externas.
57
Figura 43 – Edificação residencial
Fonte: Duarte (2006)
58
Capítulo 5 - Flexão simples em vigas retangulares ___________________________________________________________________________
5.1 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO
5.1.1 FLEXÃO NORMAL
Segundo as Notas de Aula – Primeira Parte, do Curso de Especialização em
Estruturas, da Universidade Federal de Minas Gerais, 2006, o dimensionamento da armadura
à flexão de uma viga é feito mediante a metodologia a seguir:
40,1×= MM máxd (5.1.1.1)
KbfMd
Lc
dL ×××= 12 (5.1.1.2)
K L = 0,32 para o aço CA-50 e para o concreto de Fck igual à 35 MPa
)(1
2dbfMK
c
d ×××= (5.1.1.3)
40,185,0
Fckf c ×= (5.1.1.4)
Se: KKKK
KKKK
LL
L
=>=≤
':
':
Se: :dd L< usar armadura de compressão
−
−×
××=
d
dKK
fdbf
Ayd
cS '
1
'2 (5.1.1.5)
Se: :dd L≥ usar somente armadura de tração
×−−×
××= )'2(111
Kf
dbfA
yd
cS (5.1.1.6)
dbAS ××= %20,0min para o concreto de Fck igual à 35 MPa e sessão retangular
59
Sendo:
=M d Momento fletor majorado com o coeficiente de segurança
M máx = Momento fletor máximo atuante na viga
=dL Altura mínima que a viga deve ter entre o eixo da armadura tracionada e a borda mais
comprimida, para que seja necessária armadura comprimida.
f c = Fator de redução do Fck em função da linearização do diagrama de tensões no concreto
b = Largura da base da viga
',KK = Parâmetros comparativos que variam com a posição da linha neutra
=d Altura da viga entre a armadura tracionada e a borda mais comprimida
='d Espessura do recobrimento da armadura
f yd = Tensão admissível do aço ao escoamento, com o coeficiente de segurança
=Fck Resistência característica do concreto
Para o recobrimento das armaduras, considerou-se a Classe II, indicada pela
ABNT, que é a Classe Moderada e que prevê a utilização das vigas no meio urbano e com
risco pequeno de deterioração. Nestas condições o recobrimento das armaduras é de 30 mm.
5.1.2 CISALHAMENTO
Segundo Silva (2005), o dimensionamento da armadura para combater o
cisalhamento de uma viga é feito mediante a metodologia a seguir:
=τ co Fck 3209,0 × (5.1.2.1)
db
V
w
sdwd ×
=τ (5.1.2.2)
ττ cowd < ⇒ Usar Aswmin (armadura mínima)
ττ cowd > ⇒ Usar Asw90
( )fs
A
yd
cowdsw
×−=
9,0
90 ττbw× (5.1.2.3)
FckbA wsw 32min 012,0 ×= , para o aço CA-50 (5.1.2.4)
Fckwd ×= 166,02τ (5.1.2.5)
60
O diâmetro mínimo deve ser de 5.0 mm
Se: cmdswdwd 3060,067,0 2 ≤×≤⇒×≤ ττ
Se: cmdswdwd 2030,067,0 2 ≤×≤⇒×> ττ
Sendo:
=τ co Tensão de cisalhamento resistida pelo concreto
=τ wd Tensão de cisalhamento em função da seção transversal
=VSd Esforço cortante majorado com o coeficiente de segurança
=bW Base da seção transversal
=Asw90 Área de aço da armadura transversal dos estribos
s = Espaçamento
τ 2wd = Tensão limite convencional de cisalhamento
61
Capítulo 6 - Pré-dimensionamentos ___________________________________________________________________________
6.1 PRÉ-DIMENSIONAMENTO GERAL
Para a determinação experimental do comportamento das vigas multilaminares de
concreto, quanto às suas capacidades de carga, foi utilizado o ensaio de flexão simples com as
propriedades descritas a seguir:
Foram estudadas três vigas multilaminares, três vigas convencionais de concreto
armado e três lâminas isoladas de concreto envelopado.
As vigas convencionais de concreto armado foram dimensionadas, conforme
descrito no Capítulo 6 desta Dissertação, para um carregamento P = 10,7285 kN aplicada no
ponto médio de seus comprimentos. Os vãos livres são de 1.800,00 mm e as seções
transversais de 150 mm x 200 mm.
A FIG. 44 mostra o esquema de carregamento utilizado para o ensaio de flexão
das vigas.
Figura 44 – Esquema de carregamento para o ensaio das vigas
Fonte: o autor
As vigas multilaminares foram moldadas com os mesmos vãos e as mesmas
seções transversais utilizadas nas vigas convencionais de concreto, normalizadas pela ABNT.
Para a construção de cada viga multilaminar foram utilizadas três lâminas de concreto
envelopado, soldadas entre si.
P
L
L/2 L/2
62
A FIG. 45 mostra, de forma esquemática e parcial, as vigas multilaminares que
foram utilizadas no ensaio à flexão.
Figura 45 – Viga multilaminar de concreto (corte) Fonte: o autor
As dimensões das vigas foram estabelecidas a partir da base da seção transversal
da viga multilaminar, que foi composta por três lâminas envelopadas, cujos perfis utilizados
tiveram a largura de 50,00 mm cada um. A partir desta dimensão, especificou-se 200,00 mm
para a altura da viga e considerou-se a relação aproximada de 1/10, em relação à altura, para a
determinação do vão a ser considerado.
O carregamento foi adotado de maneira que a taxa de armadura positiva,
equivalente em relação à tensão de escoamento de cada aço, fosse a mesma, tanto para a viga
convencional de concreto armado, quanto para a viga multilaminar proposta.
A área equivalente de aço se dá pelo motivo de que o aço proposto para a
armadura positiva das vigas multilaminares é diferente do proposto para as vigas
convencionais, no tocante à suas tensões de escoamento.
O concreto utilizado, em ambos os casos, foi o mesmo e teve, como resistência, o
Fck ≥ 35 MPa.
O aço utilizado para a moldagem da viga em concreto armado convencional foi o
CA-50 para a armadura de flexão e o CA-60 para a armadura de cisalhamento.
Em todos os ensaios foi obedecida a condição bi-apoiada das peças estruturais e
os dimensionamentos atenderam às orientações da Associação Brasileira de Normas Técnicas
(ABNT).
Na moldagem das vigas multilaminares foi utilizada uma moldura composta por
perfis de chapa dobrada do tipo “U”, 50,0 x 25,0 x 2 mm, feitos de aço (SAE-1010), conforme
63
indicado na FIG. 46 e uma tela soldada, com aço CA-60 de 5 mm de diâmetro, ilustrada na
FIG. 47.
Os perfis foram do tipo “chapa dobrada” de acordo com os seguintes critérios de
corte e dobra: o aço foi cortado com uma largura de 92 mm e, após as duas dobras necessárias
para moldar o perfil “U”, o comprimento final ficou de 100 mm. Duas abas de 25 mm cada e
uma largura de 50 mm. A espessura da chapa é de 2 mm. Sendo assim, a área da seção
transversal de um perfil é calculada multiplicando-se 92 mm por 2 mm, obtendo-se 184 mm².
A FIG. 46 mostra as propriedades geométricas dos perfis metálicos utilizados na
moldagem das vigas multilaminares de concreto.
x cg
wt
t f
fb
h x
y
Figura 46 – Características geométricas do perfil “U” Fonte: adaptado de catálogo técnico da Gerdau (2006)
Sendo: h = Altura da alma
b f = Largura da base
tw = Espessura da alma
t f = Espessura das abas
h = 50,00 mm
b f = 25,00 mm
tw = 2,00 mm
t f = 2,00 mm
64
xcg = 7,09 mm
xcg = Distância do centro de gravidade à face externa da alma
A = Área da seção transversal do perfil = 1,84 cm²
A FIG. 47 mostra a tela soldada que será utilizada na construção das placas de
concreto envelopado.
Figura 47 – Tela soldada modelo Q 196 da Gerdau Fonte: www.comercialgerdal.com.br
65
Capítulo 7 - Desenvolvimento de cálculo ___________________________________________________________________________
7.1 DIMENSIONAMENTO DA VIGA CONVENCIONAL EM
CONCRETO ARMADO, CONFORME A ABNT
7.1.1 CARREGAMENTO E ESFORÇOS SOLICITANTES
M
Q
DIAGRAMA DE MOMENTO FLETOR
DIAGRAMA DE FORÇA CORTANTE
10,7285 kN
900 mm 900 mm
1800 mm
5,3643 kN
5,3643 kN
965,5655 kN.cm
66
7.1.2 PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DA VIGA
Largura da base: 150 mm
Altura da viga: 200 mm
Vão livre: 1.800,00 mm
Apoio: 200 mm
Comprimento total da viga (com os apoios): 2.200,00 mm
Recobrimento das armaduras: 30,00 mm
d = 170,00 mm
d’ = 30,00 mm
7.1.3 DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS
7.1.3.1 FLEXÃO SIMPLES
40,1×= MM máxd
40,15655,965 ×=M d
cmkNM d .79,351.1=
KbfMd
Lc
dL ×××= 12
cm
kNFckf c 2
13,24,1
5,385,0
40,185,0 =×=×=
dbfMK
c
d 2
1××
×=
1464,000,1700,1513,2
179,351.1 2 =
×××=K
32,0=K L ; 1464,0' ==⇒< KKKK L
22,13232,000,1513,2
179,351.12 =
×××=d L
cmd L 50,1122,132 ==
⇒> dd L Somente armadura de tração
67
×−−×
××= )'2(111
Kf
dbfA
yd
cS
×−−×
××= )1464,02(11
15,150
00,1700,1513,21AS
cmAS2
1 99,1= mm0.84φ⇒
cmAS )00,2000,15(%20,0 2min ×=
cmAS 60,02min =
>AS1 ASmin , usar AS1
Para a armadura submetida à tração serão utilizadas quatro barras com 8.0 mm de
diâmetro cada e para a armadura de superior de amarração da viga, dois diâmetros de 8.0 mm.
O apoio de 20 cm de cada lado atende a exigência estrutural do comprimento de
ancoragem para o Fck de 35 MPa e o diâmetro de 8.0 mm.
7.1.3.2 CISALHAMENTO
=τ co Fck 3209,0 ×
=τ co )35(09,0 32× = MPa96,0 =cm
kN2
0963,0
db
V
w
sdwd ×
=τ
cm
kNwd 2
0288,040,1700,15
40,136,5=
××
=τ
ττ cowd < ⇒ Usar Aswmin (armadura mínima)
Conforme a NBR 6118,
FckbA wsw 32min 012,0 ×= , para o aço CA-50 (I)
O diâmetro mínimo deve ser de 5.0 mm
Se: cmdswdwd 3060,067,0 2 ≤×≤⇒×≤ ττ (II)
Se: cmdswdwd 2030,067,0 2 ≤×≤⇒×> ττ (III)
68
Fckwd ×= 166,02τ
81,535166,02 =×=τ wd MPa= 0,5810cm
kN2
τ 267,0 wd× = 0,3893cm
kN2
cmdswdwd 3060,067,0 2 ≤×≤⇒×≤ ττ
3500,15012,0 32min ××=Asw = Asw
90
93,190 =Aswm
cm2
Asw90 =
m
cm2
97,0 perna/ mmm0.56φ⇒
Asw90 cmmm [email protected]φ⇒
Usar Asw90 cmmm [email protected]φ⇒ (atendendo o espaçamento máximo previsto na condição II)
7.1.4 DETALHAMENTO
N1N2
N3
N1 – 4 φ 8.0 – C = 2,38 m (armadura de tração)
N2 – 2 φ 8.0 – C = 2,14 m (armadura superior de amarração)
N3 – φ 5.0 @ 10 cm – C = 0,51 m (estribos de cisalhamento)
69
7.1.5 RESUMO DE AÇO
Tabela 1 – Resumo de aço da viga convencional
7.1.6 CONSUMO DE MATERIAIS
Concreto do vão livre:
V = 0,15 x 0,20 x 1,80
V = 0,05 m³
Aço:
Peso = 7 kg
7.2 MOLDAGEM DA VIGA MULTILAMINAR
7.2.1 PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DA VIGA
Largura da base: 150 mm
Altura da viga: 200 mm
Vão livre: 1.800,00 mm
Comprimento total da viga (com os apoios): 2.000,00 mm
Apoio: 100 mm cada um
Posição Diâm.(mm) Comp.(m) Peso/metro Quant. Peso (kg)
N1 8.0 2,38 0,393 4 3,74
N2 8.0 2,14 0,393 2 1,68
N3 5.0 0,51 0,154 21 1,65
Peso total em kg 7,07
70
7.2.2 DETALHAMENTO DE 01 PLACA ENVELOPADA
Modelo esquemático
Moldura
Apoio A Tela soldada Apoio B
C o n c r e t o
7.2.3 PERFIL “U” – CHAPA DOBRADA
Comprimento:
00,20000,800.100,20000,800.1 +++=C
mmmC 00,400,000.4 ==
Adicionar 0,40 m para a região dos apoios (10 cm em cada apoio na região inferior e mais 10
cm na moldura superior).
mC 40,4=
7.2.4 TELA SOLDADA
Para a armadura longitudinal serão utilizados dois diâmetros de 5 mm (CA-60),
com 2,00 m de comprimento e para a vertical, 20 diâmetros do mesmo aço, com 0,20 m de
comprimento, formando uma malha de 10 cm x 10 cm.
71
Comprimento:
)2000,200()200,000.2( ×+×=C
mmmC 00,800,000.8 ==
7.2.5 RESUMO DE AÇO
Na classificação das posições de aço no quadro resumo, o perfil metálico da
moldura será denominado N1 e a malha de aço CA-60 será a posição N2.
Tabela 2 – Resumo de aço da viga multilaminar
Na moldagem da viga multilaminar proposta neste estudo é necessário utilizar três
placas envelopadas, consumindo 23,49 kg de aço.
7.2.6 CONSUMO DE MATERIAIS
Concreto do vão livre:
V = 0,15 x 0,20 x 1,80
V = 0,05 m³
Aço:
Peso (viga com 3 placas) = 23 kg
7.3 COMPARAÇÃO ENTRE AS VIGAS
As vigas foram dimensionadas para atender os parâmetros comparativos a seguir:
Ambas têm a mesma seção transversal, o mesmo vão livre, o mesmo consumo de concreto e a
mesma resistência característica do concreto. Como serão submetidas ao mesmo
carregamento que originará um momento fletor positivo, as armaduras positivas também tem
Posição Perfil – Diâm.(mm) Comp.(m) Peso/metro Quant. Peso (kg)
N1 Perfil U 50,0 x 25,0 x 2 mm 4,40 1,50 - 6,60
N2 5.0 8,00 0,154 - 1,23
Peso total em kg 7,83
72
a mesma equivalência, levando em consideração a área de aço e a tensão admissível ao
escoamento de cada aço, pois a resistência do aço utilizado nos perfis das vigas
multilaminares representa 36% da resistência do aço utilizado nas vigas convencionais.
Tabela 3 – Valores comparativos de materiais
Para efeito de comparação e seguindo a equivalência das armaduras positivas das
vigas, é necessário majorar a área de aço das vigas convencionais em 2,77 ou reduzir, na
mesma proporção, a área de aço da viga multilaminar para suprir a diferença de tensão de
escoamento entre o aço CA-50, que é de 500 MPa e o aço SAE 1010 que é de 180 MPa.
Portanto, dividindo 5,52 cm² por 2,77, temos 1,99 cm², que corresponde à área de aço da viga
convencional, que é de 1,99 cm².
Sendo:
Ac = área de aço tracionado da seção transversal da viga convencional;
Am = área de aço tracionado da seção transversal da viga multilaminar;
σyc = tensão de escoamento do aço tracionado da viga convencional;
σym = tensão de escoamento do aço tracionado da viga multilaminar.
Ac x σyc = Am x σym
1,9872 x 500 = 5,5200 x 180 = 993,60
Tipo Base
(mm)
Altura
(mm)
Vão
livre
(mm)
Volume
concreto
(m³)
Área de aço da
armadura positiva
(cm²)
Convencional 150,00 200,00 1.800,00 0,05 1,99
Multilaminar 150,00 200,00 1.800,00 0,05 5,52
73
Tabela 4 – Valores comparativos de materiais com as áreas equivalentes de aço
Para efeito de simplificar a visualização dos resultados do ensaio de verificação da
eficiência das vigas multilaminares, em relação às vigas convencionais de concreto armado,
as dimensões destas, os volumes e resistências dos concretos e as taxas equivalentes de
armaduras positivas foram dimensionadas para coincidirem entre si.
Tipo Base
(mm)
Altura
(mm)
Vão
livre
(mm)
Volume
concreto
(m³)
Área equivalente de aço
da armadura positiva
(cm²)
Convencional 150,00 200,00 1.800,00 0,05 1,99
Multilaminar 150,00 200,00 1.800,00 0,05 1,99
74
Capítulo 8 – Materiais e métodos ___________________________________________________________________________
8.1 VIGAS DE CONCRETO ARMADO
8.1.1 DIMENSÕES
Para a construção das vigas de concreto armado, que serviram de parâmetro na
verificação da eficácia das vigas multilaminares, foram moldadas três unidades, tendo cada
uma as seguintes dimensões: 15 cm de largura da base, 20 cm de altura e 220 cm de
comprimento. A largura da base foi de 15 cm para coincidir com a largura da base das vigas
multilaminares e a altura de 20 cm para que o comprimento total da viga multilaminar fosse
de 200 cm, mantendo a proporção de aproximadamente 1:10 entre a altura e o comprimento,
medida esta que viabilizou o ensaio de flexão, considerando as prensas encontradas nos
laboratórios da cidade de Belo Horizonte e em sua região metropolitana e os comprimentos
comerciais dos perfis metálicos, que são de 6,00 metros cada um.
Com o objetivo de identificação das vigas, elas foram enumeradas da seguinte
maneira: VCA 01; VCA 02 e VCA 03 (vigas de concreto armado números 1, 2 e 3) e VML
01; VML 02 e VML 03 (vigas multilaminares números 1, 2 e 3).
8.1.2 FÔRMAS
As fôrmas utilizadas foram do tipo “fôrma metálica” e foram locadas de uma
empresa em Belo Horizonte.
As fôrmas são fabricadas em módulos de 120 cm de comprimento, sendo
necessários dois módulos para a moldagem de cada viga. Como o comprimento de cada viga é
de 220 cm, foi feito um fechamento, delimitando do comprimento desejado, por meio de um
retângulo de compensado plastificado, prensado pelos dispositivos de travamento presentes
no sistema de funcionamento das fôrmas metálicas. Quanto à base e a altura da fôrma, elas já
vieram conforme especificado, ou seja, de 15 cm x 20 cm.
As FIG. 48, 49, 50, 51 e 52 mostram as fôrmas metálicas sendo preparadas para a
concretagem.
75
Figura 48 – Fôrmas metálicas Fonte: o autor
Figura 49 – Fôrmas metálicas Fonte: o autor
Figura 50 – Fôrmas metálicas Fonte: o autor
76
Figura 51 – Fôrmas metálicas
Fonte: o autor
Figura 52 – Fôrmas metálicas Fonte: o autor
As fôrmas receberam um tratamento de cera líquida incolor para funcionar como
um produto desmoldante e foram dispostas sobre uma mesa metálica nivelada, na sombra de
um galpão, cuja temperatura ambiente era de 30º C.
8.1.3 ARMAÇÕES
Para as armaduras longitudinais, utilizou-se o aço CA-50, sendo 4 diâmetros de
8.0 mm na face inferior da viga, para combater os esforços provenientes do momento fletor
positivo atuante e 2 diâmetros de 8.0 mm na face superior, servindo de armadura de
amarração.
Para as armaduras transversais, também chamadas de estribos, que são
responsáveis pelo combate aos esforços provenientes da força cortante, utilizou-se o aço
77
CA-60, com diâmetro igual a 5.0 mm. Os espaçamentos dos estribos atenderam às condições
pré-estabelecidas pela NBR-6118/2003, no tocante à armadura mínima, indicando o
distanciamento de 10 cm entre eles.
Atendendo as orientações preconizadas pela Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT), os recobrimentos de três centímetros das armaduras foram garantidos a
partir da utilização de espaçadores de plástico, dispostos no fundo da viga, em suas cabeças e
nas duas laterais.
A FIG. 53 mostra a armadura de uma das vigas convencionais de concreto, antes
de ser disposta na fôrma metálica.
Figura 53 – Armadura para as vigas convencionais
Fonte: o autor
8.1.4 CONCRETO
A concretagem das vigas convencionais, das vigas multilaminares, das lâminas
isoladas e dos corpos-de-prova, ocorreu no dia 14 de fevereiro de 2008, com início às 17:00
horas e fim às 18:30 horas.
Para esta etapa utilizou-se, como resistência característica do concreto, o Fck de
35 MPa e o traço usado foi: 1:1:2, com fator água/cimento de 0,44 litros de água por
quilograma de cimento. O cimento utilizado foi o CP-II-E-32, o agregado graúdo foi brita
com bitola número 1 (Nº1) e o agregado miúdo utilizado foi do tipo pó-de-pedra com
granulometria variada.
O traço do concreto foi retirado da tabela de traços “Caldas Branco” e as
proporções dos materiais foram obtidas a partir dos seus volumes.
78
O concreto foi misturado de duas vezes, ou duas masseiras, utilizando uma
betoneira, ou misturador, circular horizontal, conforme mostram as FIG. 54 e 55.
Todos os concretos lançados, com exceção dos corpos-de-prova, receberam
energia de adensamento, através da utilização de um vibrador elétrico, com mangote de
25,00 mm.
Figura 54 – Misturador de concreto Fonte: o autor
Figura 55 – Misturador de concreto Fonte: o autor
8.1.5 VIGAS MULTILAMINARES
Para a construção das vigas multilaminares, foram moldadas três unidades, tendo
cada uma as seguintes dimensões: 15 cm de largura da base, 20 cm de altura e 200 cm de
comprimento.
79
Na construção de cada viga foram utilizadas três placas de concreto envelopado
como descrito a seguir: cada placa foi composta por uma moldura de aço, utilizando um perfil
“U” de chapa dobrada, sendo este confeccionado com o aço SAE 1010. Internamente a esta
moldura, foi posicionada e soldada em suas bordas, uma malha de aço CA-60, de 5 mm de
diâmetro e espaçamento de 100 mm x 100 mm, modelo Q – 196 da Gerdau, conforme
mostram as FIG. 56 e 57.
As malhas foram soldadas nas bordas das molduras através da utilização de solda
elétrica. O eletrodo usado foi da marca CONARCO, A-13, ASME SFA-5.1 E6013 com
diâmetro de 2,5 mm.
Após a concretagem e a cura, as lâminas foram juntadas de três em três, pelo
processo de soldagem elétrica (pontos de solda a cada 30,00 cm em todo o seu diâmetro)
formando as vigas multilaminares de concreto, conforme especificado a seguir.
Figura 56 – Moldura de uma lâmina
Fonte: o autor
Figura 57 – Molduras de lâminas Fonte: o autor
80
8.1.6 LÂMINAS DE CONCRETO ENVELOPADO
As lâminas de concreto envelopado foram moldadas juntamente com as demais
lâminas que compuseram as vigas multilaminares, portanto seguiram os mesmos critérios
citados no item 8.1.5 desta Dissertação e foram denominadas L1, L2 e L3.
8.1.7 CONCRETAGEM
Para efetuar a concretagem das peças, utilizou-se o seguinte critério construtivo: as
fôrmas metálicas das vigas convencionais foram dispostas uma ao lado da outra, sobre uma
mesa metálica; em uma segunda mesa metálica, as molduras das lâminas de concreto
envelopado foram dispostas em dois grupos de seis molduras cada um, conforme mostram as
FIG. 58, 59 e 60.
Figura 58 – Fôrmas metálicas Fonte: o autor
Figura 59 – Molduras travadas em mesa metálica
Fonte: o autor
81
Figura 60 – Molduras travadas em mesa metálica Fonte: o autor
A primeira masseira foi utilizada para a concretagem de um conjunto de seis
molduras e uma viga convencional. A segunda masseira concluiu a concretagem das últimas
seis lâminas e das últimas duas vigas convencionais.
Após o término da mistura da primeira masseira de concreto, foram retirados 4
corpos-de-prova cilíndricos, com diâmetro de 100 mm e altura de 200 mm e foram dispostos
junto às vigas convencionais de concreto e às vigas multilaminares. Estes receberam o mesmo
tratamento de cura das demais peças, objetos da pesquisa. A FIG. 61 mostra a concretagem
dos corpos-de-prova de concreto.
Figura 61 – Moldagem dos corpos-de-prova de concreto Fonte: o autor
As lâminas foram selecionadas em 4 grupos de 3 lâminas cada um. Os primeiros 3
grupos formaram as vigas multilaminares e o último grupo formou o lote de lâminas
individuais que foram testadas individualmente no ensaio de flexão. As FIG. 62, 63, 64, 65,
66, 67 e 68 mostram detalhes das concretagens.
82
Figura 62 – Concretagem das vigas convencionais Fonte: o autor
Figura 63 – Concretagem das vigas convencionais
Fonte: o autor
Figura 64 – Concretagem das vigas convencionais
Fonte: o autor
83
Figura 65 – Concretagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
Figura 66 – Concretagem das vigas multilaminares
Fonte: o autor
Figura 67 – Concretagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
84
Figura 68 – Concretagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
8.1.8 DESFORMA, CURA E JUNÇÃO DAS LÂMINAS
Após o término da concretagem, as vigas foram transportadas para um local
arejado e isento de raios solares, onde permaneceram pelos 28 dias subseqüentes, sendo que
neste período elas receberam o processo de cura, previsto pela ABNT. Nos primeiros sete dias
consecutivos, após a concretagem, os elementos foram hidratados num intervalo de
aproximadamente três horas por hidratação, sendo que, dos sete aos quatorze dias, num
intervalo de três vezes ao dia.
No dia 28 de fevereiro de 2008, quatorze dias após a concretagem, as peças foram
desmoldadas e as lâminas de concreto envelopado foram juntadas para formarem as três vigas
multilaminares deste experimento. A junção se deu através do processo de soldagem,
obedecendo as seguintes características: a solda utilizada foi do tipo solda elétrica, com a
mesma especificação descrita no processo de construção das molduras de aço para as lâminas
de concreto envelopado; a soldagem foi efetuada através de pontos de solda, com 25 mm de
comprimento e espaçamentos de 150 mm entre si; os primeiros pontos de solda foram
aplicados nas duas extremidades e a partir destes, foram marcados os espaçamentos de
150 mm na direção do centro da viga. Como o comprimento de cada viga é de 2.000 mm, o
espaçamento central ficou com 200 mm, como mostra a FIG. 69.
85
Pontos de solda
200150
Figura 69 – Localização dos pontos de solda nas vigas multilaminares Fonte: o autor
As FIG. 70, 71 e 72 mostram o processo de soldagem das lâminas de concreto
envelopado para formarem as vigas multilaminares de concreto.
Figura 70 – Montagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
Figura 71 – Montagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
86
Figura 72 – Montagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
As FIG. 73 mostra as vigas convencionais de concreto armado após a retirada dos
painéis laterais das fôrmas.
Figura 73 – Montagem das vigas multilaminares Fonte: o autor
As vigas multilaminares de concreto receberam uma pintura, em esmalte de cor
cinza, nas regiões dos perfis de aço que compõem as molduras metálicas e uma pintura, tipo
látex branco, nas laterais de concreto aparente. A pintura cinza teve como objetivo proteger o
aço dos efeitos da corrosão e permitir a visualização das molduras em relação à peça acabada.
A pintura branca nas laterais das vigas teve como objetivo homogeneizar o visual da face e
potencializar, também, a visualização das possíveis fissuras que apareceriam quando elas
fossem submetidas aos carregamentos previstos, no laboratório de ensaios físicos.
Semelhantemente, as vigas convencionais de concreto foram pintadas, adotando,
também, as cores cinza em seus contornos e branca nas faces laterais. Neste caso a cor cinza
87
não teve função nesta pesquisa e, como foi aplicada em concreto, ela não foi em esmalte
sintético, e sim em tinta látex. O branco teve objetivo semelhante ao citado no caso das vigas
multilaminares.
8.1.9 ENSAIOS FÍSICOS LABORATORIAIS
As vigas convencionais de concreto, as lâminas individuais e as vigas
multilaminares foram moldadas e estocadas por um prazo superior a 28 dias para obterem a
resistências característica de dosagem do concreto. Após preparadas, as vigas e lâminas
individuais foram transportadas para o laboratório de materiais da empresa PRECON, onde
foram submetidas aos ensaios de flexão. O carregamento foi progressivo até atingir a carga P
de projeto. As vigas foram monitoradas quanto às deformações provenientes do momento
fletor atuante e da força cortante. Logo após a observância da carga P de projeto, o
carregamento sofreu um aumento contínuo de intensidade até atingir a carga última (Pu),
levando as vigas ao colapso. Nesta fase também foram observadas as deformações das peças.
Outra etapa deste experimento consistiu no rompimento de três placas, de forma
isolada, iguais às que compuseram as vigas multilaminares, pois estas retratam o elemento
primitivo da tecnologia das Estruturas Multilaminares de Concreto. Para esta etapa os
procedimentos de carregamento foram semelhantes aos anteriores, porém observou-se apenas
a carga de ruptura.
A deformação máxima de trabalho permitida foi pré-estabelecida em 1/300 do vão
livre, ficando esta igual a 6,0 mm. A flecha total máxima de 1/300 do vão, descrita pelo autor
Süssekind (1989), tem como objetivo exclusivo criar um ponto limitador para que as vigas
fossem analisadas em seus regimes elásticos, afastadas dos carregamentos de ruptura ou
cargas últimas.
O ensaio à flexão permitiu as análises das deformações instantâneas e das cargas
últimas das vigas multilaminares, bem como a comparação com as vigas convencionais de
concreto armado, quando submetidas aos mesmos esforços, caracterizando, assim, o
comportamento das vigas propostas pela tecnologia das Estruturas Multilaminares de
Concreto, no tocante às suas capacidades de carga.
88
Capítulo 9 – Ensaios laboratoriais ___________________________________________________________________________
9.1 DESCRIÇÕES DOS ENSAIOS
Os ensaios físicos laboratoriais foram feitos no dia 28 de março de 2008, na
empresa PRECON, em Pedro Leopoldo – MG. Foi utilizada uma prensa hidráulica, com
célula de carga para carregamento máximo de 1.000,00 kN. O carregamento foi progressivo,
com uma taxa de variação de aproximadamente 5,00 kN / min. Em cada viga foi colada, com
massa plástica, uma plaqueta metálica, localizada na face inferior e no ponto médio da maior
dimensão, para servir de apoio para o extensômetro. Este foi calibrado com uma leitura de
2,80 cm de encolhimento e, à medida que as vigas foram fletindo-se, o extensômetro começou
a ser descarregado, fornecendo as deformações apresentadas pelas peças, diante do
carregamento externo.
A FIG. 74 mostra uma viga multilaminar com o extensômetro localizado no
centro da mesma, para medições das deformações impostas pelo carregamento.
Figura 74 – Viga com posicionamento do extensômetro Fonte: o autor
A FIG. 75 mostra a prensa utilizada nos ensaios de flexão das vigas, objetos deste
estudo científico.
89
Figura 75 – Prensa hidráulica da empresa PRECON Fonte: o autor
Para a realização dos ensaios físicos, foi utilizada a seguinte ordem metodológica:
iniciou-se com as vigas convencionais de concreto armado (VCA). A aplicação do
carregamento foi progressiva até atingir o rompimento das peças. As leituras das deformações
ocorreram a cada 1,00 kN de carga aplicada. Os resultados foram anotados e as peças foram
fotografadas.
As FIG. 76 a 81 mostram as vigas convencionais de concreto armado sendo
posicionadas para os ensaios e o momento das rupturas estruturais das mesmas.
Figura 76 – Viga convencional sendo posicionada Fonte: o autor
90
Figura 77 - Viga convencional sendo posicionada Fonte: o autor
Figura 78 – Visão em escala da viga convencional Fonte: o autor
Figura 79 – VCA 01 no momento da ruptura Fonte: o autor
91
Figura 80 - VCA 02 no momento da ruptura Fonte: o autor
Figura 81 - VCA 03 no momento da ruptura Fonte: o autor
Em uma segunda etapa foram realizados os ensaios de flexão das vigas
multilaminares de concreto (VML). Os procedimentos de carregamentos e anotações de suas
deformações seguiram um processo semelhante ao utilizado com as vigas convencionais de
concreto armado (VCA). O processo foi fotografado e as imagens estão dispostas a seguir, nas
FIG. 82 a 87, sendo que na FIG. 83 a viga foi deformada excessivamente a título de
observação do comportamento da forma primitiva da peça e nas demais figuras as vigas
encontram-se nos seus momentos de ruptura.
92
Figura 82 - VML 01 no momento da ruptura
Fonte: o autor
Figura 83 – VML 01 com deformação excessiva Fonte: o autor
Figura 84 - VML 02 no momento da ruptura
Fonte: o autor
93
Figura 85 - VML 02 no momento da ruptura (outro lado) Fonte: o autor
Figura 86 - VML 03 no momento da ruptura Fonte: o autor
O terceiro passo do experimento foi composto pelo carregamento de três lâminas
individuais, de maneira semelhante à utilizada nas vigas de concreto armado e também nas
vigas multilaminares de concreto. Nesta última etapa não foram anotadas as deformações,
pois, além de não haver parâmetro para comparação destes dados, o objetivo foi observar o
efeito do confinamento direto da lâmina central das vigas na resistência total da viga
multilaminar.
As FIG. 87 a 93 mostram as lâminas individuais sendo carregadas e em seus
momentos de ruptura estrutural.
94
Figura 87 – Lâmina L1 pronta para receber o carregamento Fonte: o autor
Figura 88 – Lâmina L1 no momento da ruptura Fonte: o autor
Figura 89 - Lâmina L2 pronta para receber o carregamento Fonte: o autor
95
Figura 90 - Lâmina L2 no momento da ruptura Fonte: o autor
Figura 91 - Lâmina L3 pronta para receber o carregamento Fonte: o autor
Figura 92 - Lâmina L3 no momento da ruptura
Fonte: o autor
96
Os ensaios físicos de flexão das vigas convencionais de concreto armado (VCA),
das vigas multilaminares de concreto (VML) e das lâminas de concreto envelopado (L) foram
feitos em um mesmo dia.
Os dados foram coletados e, posteriormente, sistematizados em tabelas e gráficos,
a fim de propiciarem as condições necessárias para a análise da eficácia das vigas
multilaminares, no tocante às suas capacidades de carga.
Os ensaios de compressão simples dos corpos de prova de concreto foram
executados pelo laboratório de matérias da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da
Universidade FUMEC, no dia 14 de abril de 2008. Os resultados estão apresentados no
capítulo 10 desta Dissertação.
97
Capítulo 10 – Resultados ___________________________________________________________________________
10.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
Os dados relativos aos carregamentos das peças, às deformações e às cargas de
ruptura das mesmas estão catalogados na TAB. 5 e representados em gráficos de linha, que
mostram a relação entre as forças aplicadas e as deformações verificadas. A apresentação dos
resultados gráficos e numéricos segue a mesma ordem de execução dos ensaios, ou seja: em
primeiro lugar, encontram-se as vigas convencionais de concreto armado; em segundo lugar,
as vigas multilaminares de concreto e por último, as lâminas de concreto envelopado.
10.2 VIGAS CONVENCIONAIS DE CONCRETO ARMADO, VIGA S
MULTILAMINARES E LÂMINAS INDIVIDUAIS
A TAB. 5 organiza os dados obtidos nos ensaios de flexão das vigas: VCA 01;
VCA 02; VCA 03; VML 01; VML 02 e VML 03, sendo que as cargas estão em kN e as
deformações em centésimo de mm. As unidades foram catalogadas conforme o equipamento
utilizado e foram transformadas para o Sistema Internacional de Medidas.
Tabela 5 – Relação entre carga e deformação
Carga Deformação em centésimo de milímetro
kN VCA 01 VCA 02 VCA 03 VML 01 VML 02 VML 03
0 0 0 0 0 0 0
1,00 11 19 27 3 -8 27
2,00 17 36 46 17 -39 40
3,00 18 50 70 20 -59 50
4,00 13 63 90 26 -59 58
5,00 13 75 110 32 -55 67
6,00 22 88 128 38 -50 75
7,00 34 97 144 42 -45 82
98
Carga Deformação em centésimo de milímetro
kN VCA 01 VCA 02 VCA 03 VML 01 VML 02 VML 03
8,00 46 108 162 47 -40 88
9,00 59 119 178 54 -35 97
10,00 75 133 220 60 -29 105
11,00 105 152 278 65 -24 110
12,00 145 171 318 71 -20 116
13,00 190 208 366 77 -13 125
14,00 218 235 415 82 -8 133
15,00 258 264 452 89 -2 142
16,00 298 325 486 96 5 151
17,00 331 370 522 104 17 162
18,00 376 390 570 112 29 173
19,00 407 418 610 123 41 186
20,00 440 443 645 132 50 199
21,00 474 463 685 144 64 214
22,00 530 490 730 156 75 226
23,00 560 515 775 168 86 240
24,00 600 542 798 178 98 252
25,00 633 568 820 186 112 267
26,00 667 595 835 195 128 281
27,00 692 620 868 207 143 296
28,00 717 645 910 218 158 311
29,00 744 670 950 228 173 326
30,00 767 698 982 239 185 340
31,00 795 720 1060 251 197 359
32,00 832 742 1162 260 208 380
33,00 882 763 1240 273 218 394
34,00 924 790 1315 285 230 412
35,00 1150 819 1380 295 242 426
36,00 1195 845 1450 307 252 440
37,00 1325 870 1605 319 265 454
38,00 1493 896 2000 330 278 470
99
Carga Deformação em centésimo de milímetro
kN VCA 01 VCA 02 VCA 03 VML 01 VML 02 VML 03
39,00 1805 1250 2380 343 290 486
40,00 2580 1600 355 304 502
41,00 2908 2100 368 317 520
42,00 380 330 535
43,00 393 345 550
44,00 404 357 566
45,00 416 371 583
46,00 428 385 600
47,00 440 398 617
48,00 451 412 635
49,00 465 427 654
50,00 479 443 670
51,00 492 457 689
52,00 504 472 705
53,00 517 490 728
54,00 529 506 740
55,00 545 522 760
56,00 558 540 783
57,00 572 555 804
58,00 588 572 825
59,00 602 594 848
60,00 615 612 870
61,00 631 634 895
62,00 647 655 920
63,00 663 675 950
64,00 680 700 976
65,00 698 725 1005
66,00 717 750 1040
67,00 735 750 1068
68,00 755 779 1100
69,00 778 811 1140
100
Carga Deformação em centésimo de milímetro
kN VCA 01 VCA 02 VCA 03 VML 01 VML 02 VML 03
70,00 797 850 1170
71,00 822 885 1208
72,00 850 935 1251
73,00 882 1308
74,00 918 1352
75,00 957 1420
76,00 996 1488
77,00 1043 1560
78,00 1097 1630
79,00 1157 1705
80,00 1230 1790
81,00 1327 1890
82,00 1440 1996
83,00 1600 2120
84,00 2275
85,00 2438
86,00 2550
A seguir estão descritos os resultados das cargas de ruptura das lâminas
individuais, das vigas convencionais de concreto e das vigas multilaminares.
L1: 25,80 kN, L2: 28,70 kN, L3: 25,90 kN, VCA 01: 43,40 kN, VCA 02: 43,00 kN,
VCA 03: 38,90 kN, VML 01: 87,00 kN, VML 02: 71,00 kN, VML 03: 87,00 kN
Os ensaios dos corpos de prova de concreto apresentaram os seguintes resultados:
CP 01: 53,8 MPa; CP 02: 50,9 MPa; CP 03: 52,7 MPa; CP 04: 51,9 MPa
Resistência média do concreto dos corpos de prova = 52 MPa
101
Os gráficos a seguir exibem os dados referentes às vigas convencionais de
concreto armado (VCA) e às vigas multilaminares de concreto (VML).
Gráfico 1 – Relação entre carregamento e deformação, referente à VCA 01
VCA 01 - carga x deformação
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
Gráfico 2 - Relação entre carregamento e deformação, referente à VCA 02
VCA 02 - carga x deformação
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
102
APRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS RESULTADOS
Gráfico 3 - Relação entre carregamento e deformação, referente à VCA 03
VCA 03 - carga x deformação
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
Gráfico 4 - Relação entre carregamento e deformação, referente à VML 01
VML 01 - carga x deformação
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
103
APRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS RESULTADOS
Gráfico 5 - Relação entre carregamento e deformação, referente à VML 02
VML 02 - carga x deformação
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
Gráfico 6 - Relação entre carregamento e deformação, referente à VML 03
VML 03 - carga x deformação
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
104
APRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS RESULTADOS
Gráfico 7 – Valores médios das deformações em relação às cargas, referentes às VCA e VML
VCA x VML - cargas x deformações (valores médios)
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
açõe
s (c
enté
sim
o de
mm
)
VML
VCA
Gráfico 8 – Valores médios das deformações em relação às cargas, demonstrados pelas linhas de tendência
VCA x VML - cargas x deformações (linha de tendênci as dos valores médios)
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
açõe
s (c
enté
sim
o de
mm
)
VCAVML
105
APRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS RESULTADOS
Gráfico 9 – Relação entre carga e deformação, referente à VCA 01, para o limite da flecha em 6,0 mm
VCA 01 - carga x deformação, limitada na flecha máx ima (1/300 do vão)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
Gráfico 10 - Relação entre carga e deformação, referente à VCA 02, para o limite da flecha em 6,0 mm
VCA 02 - carga x deformação, limitada na flecha máx ima (1/300 do vão)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
106
APRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS RESULTADOS
Gráfico 11 - Relação entre carga e deformação, referente à VCA 03, para o limite da flecha em 6,0 mm
VCA 03 - carga x deformação, limitada na flecha máx ima (1/300 do vão)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
Gráfico 12 - Relação entre carga e deformação, referente à VML 01, para o limite da flecha em 6,0 mm
VML 01 - carga x deformação, limitada na flecha máx ima (1/300 do vão)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
107
APRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS RESULTADOS
Gráfico 13 – Relação entre carga e deformação, referente à VML 02, para o limite da flecha em 6,0 mm
VML 02 - carga x deformação, limitada na flecha máx ima (1/300 do vão)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
Gráfico 14 - Relação entre carga e deformação, referente à VML 03, para o limite da flecha em 6,0 mm
VML 03 - carga x deformação, limitada na flecha máx ima (1/300 do vão)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Carregamento (kN)
Def
orm
ação
(cen
tési
mo
de m
m)
108
Capítulo 11 – Discussão ___________________________________________________________________________
11.1 DISCUSSÕES GERAIS
Os dados obtidos nos ensaios físicos de flexão das vigas e lâminas desta pesquisa
científica proporcionaram uma sistematização numérica e gráfica que possibilita várias
análises do ponto de vista estrutural das peças estudadas. Para as análises das vigas é
necessário observar que o concreto, que foi dosado para a resistência de 35 MPa, obteve uma
resistência média de 52 MPa, atendendo às expectativas iniciais do projeto. Observando a
viga convencional de concreto armado VCA 01, pode-se notar que a deformação não
ultrapassou 0,1 mm nos primeiros 10,00 kN de carga aplicada. No intervalo compreendido
entre 10,00 kN e 34,00 kN a deformação variou de forma linear, atingindo 0,9 mm de flecha
e, a partir daí, a viga entrou no processo de colapso, atingindo sua carga de ruptura com
43,40 kN. Pode-se notar que a VCA 01 atingiu a flecha máxima de 6,0 mm com um
carregamento de 24,00 kN. A viga convencional VCA 02 apresentou uma deformação menor,
quando comparada com a viga VCA 01, sendo que a linearidade da deformação em relação ao
carregamento ocorreu nos primeiros 38,00 kN de carregamento. Com 38,00 kN de carga a
deformação ficou em torno de 0,9 mm de flecha, no centro do vão. Depois de 38,00 kN a viga
entrou em um processo de deformação excessiva, chegando ao colapso, com uma carga de
43,00 kN. Pode-se observar que as duas vigas, VCA 01 e VCA 02, atingiram um ponto crítico
estrutural quando a flecha aproximou-se de 1 mm e isso ocorreu com um carregamento de
34,00 kN e 38,00 kN respectivamente. A VCA 02 atingiu a flecha máxima de 6,0 mm com
um carregamento de 26,00 kN, valor este muito próximo do verificado na VCA 01, que foi de
24,00 kN. Por último, a viga convencional de concreto armado VCA 03 atingiu seu ponto
crítico de linearidade entre carregamento e deformação quando a flecha atingiu 1,0 mm, com
um carregamento de 30,00 kN. A partir deste momento, a viga evoluiu rapidamente para a
ruptura. A VCA 03 atingiu a flecha máxima de 6,0 mm com um carregamento de 19,00 kN.
As vigas VCA 01 e VCA 02 tiveram seus colapsos com um carregamento de 43,40 kN e
43,00 kN respectivamente e a viga VCA 03, com 38,90 kN.
Analisando as três vigas convencionais ensaiadas, pode-se verificar que a flecha
máxima adotada, de 6,0 mm, ocorreu com o carregamento variando entre 19,00 kN e
109
26,00 kN, sendo que o ponto crítico de resistência mecânica, a partir do qual as vigas
evoluíram para a própria ruína, ocorreu com uma flecha de aproximadamente 1,0 mm e no
intervalo que variou entre 30,00 kN e 38,00 kN.
A demonstração dos valores médios dos resultados mostra que as vigas
convencionais de concreto armado, que foram dimensionadas para uma carga máxima de
10,73 kN, trabalharam dentro da faixa aceitável, limitada pela flecha máxima, até o limite
médio de 23,00 kN, demonstrando mais de 100 % de resistência mecânica a favor da
segurança.
Os dados obtidos com os ensaios físicos das vigas multilaminares de concreto
mostram uma divergência em relação aos coletados para as vigas convencionais de concreto
armado. Na viga VLM 01 observou-se uma linearidade na proporção entre carga e
deformação, até a flecha aproximar-se de 1,0 mm, semelhante ao observado nas vigas
convencionais de concreto armado, porém este fato ocorreu com um carregamento e
76,00 kN. A partir deste ponto a viga evoluiu para a ruptura, que ocorreu com uma carga de
87,00 kN. A flecha máxima de 6,0 mm foi verificada para uma carga de 59,00 kN. Na viga
VML 02, a proporcionalidade linear entre carga e deformação foi observada até a flecha de
0,8 mm, para um carregamento de 68,00 kN e o rompimento da viga ocorreu com a carga de
71,00 kN. A flecha máxima de 6,0 mm foi verificada também para uma carga de 59,00 kN.
No ensaio da viga VML 02, os primeiros valores das deformações foram negativos. Esta
ocorrência foi proporcionada pela torção localizada na região da aplicação da carga,
proveniente da acomodação das lâminas. A partir do carregamento de 15,00 kN, os dados
passaram de negativos para positivos e a viga deformou-se de maneira semelhante à viga
VML 01. A terceira e última viga multilaminar analisada foi a VML 03 e os dados mostraram
que a linearidade da proporção entre carga e deformação manteve-se até a flecha atingir 1,0
mm, para uma carga de 65,00 kN. A partir deste ponto a viga entrou no processo de colapso e
rompeu-se com um carregamento de 87,00 kN. A flecha máxima de 6,0 mm foi verificada
para uma carga de 46,00 kN.
Analisando as três vigas multilaminares ensaiadas, pode-se verificar que a flecha
máxima adotada, de 6,0 mm, ocorreu com o carregamento variando entre 46,00 kN e
59,00 kN, sendo que o ponto crítico de resistência mecânica, a partir do qual as vigas
evoluíram para a própria ruína, ocorreu com uma flecha de aproximadamente 1,0 mm e no
intervalo que variou entre 71,00 kN e 87,00 kN.
Os valores obtidos nos ensaios das lâminas individuais de concreto envelopado
mostram que as cargas de ruptura aproximam de 26,00 kN, valor este que corresponde a 1/3
110
dos valores das cargas de ruptura das vigas multilaminares de concreto. As vigas
multilaminares (VML) foram compostas por três lâminas cada uma. Isso mostra que não
ocorreu o efeito do confinamento direto, proporcionado pelas lâminas externas sobre a lâmina
interna, no aumento da resistência à flexão das vigas multilaminares. Este fato pode estar
diretamente ligado às dimensões escolhidas para as peças envolvidas nesta pesquisa. Com a
utilização de um número mais elevado de lâminas e comprimentos maiores em relação aos
que foram adotados para as vigas ensaiadas, é possível que o efeito de confinamento eleve a
resistência geral das vigas, quanto às suas capacidades de carga, confirmando os indícios
estudados na literatura de referência.
De maneira sintetizada, pode-se notar que, quando observados os valores médios,
as vigas convencionais de concreto armado atingiram a flecha máxima com a carga de
23,00 kN e as vigas multilaminares de concreto com a carga de 54,67 kN, perfazendo uma
diferença de 138 % a favor da resistência mecânica das vigas multilaminares em relação às
vigas convencionais de concreto armado, lembrando que ambas tiveram a mesma seção
transversal, o mesmo vão, o mesmo concreto e a mesma área equivalente de aço submetido ao
esforço estudado, que é a flexão simples. Para a carga média de ruptura pode-se verificar, para
as vigas convencionais de concreto armado, o valor de 41,77 kN e para as vigas
multilaminares de concreto, o valor de 81,67 kN. A diferença positiva a favor da capacidade
de carga das vigas multilaminares em relação às vigas convencionais de concreto armado foi
de 96 %, no momento da ruptura.
Vale ressaltar alguns cuidados no processo de moldagem das peças
multilaminares, tais como: a soldagem deve ser acompanhada com muito critério, pois a união
da malha de aço com o concreto define o desempenho da lâmina de concreto envelopado; a
concretagem das lâminas deve ser feita sobre uma superfície lisa e plana para garantir uma
uniforme junção quando estas forem aglutinadas; a precisão de medidas das estruturas
multilaminares deve seguir a precisão utilizada em estruturas metálicas, que é milimétrica.
111
Capítulo 12 – Conclusão ___________________________________________________________________________
Este estudo científico foi inspirado na possibilidade de desenvolver uma nova
forma de combinar o aço e o concreto, utilizando os princípios físicos da protensão e do
confinamento. A ciência nos mostra os efeitos destas ações no aumento da resistência
mecânica das peças de concreto. Baseado em tais princípios físicos, as vigas multilaminares
de concreto foram moldadas, na expectativa de que os indícios científicos de resistência física
fossem ratificados no atual estudo.
Após ter seguida a metodologia, com o rigor necessário das precisões das fôrmas
das vigas convencionais de concreto armado, das armações convencionais, da dosagem e
mistura do concreto, dos perfis, telas e soldagens das vigas multilaminares, e da mão-de-obra
envolvida, todas as peças e corpos-de-prova de concreto passaram por um minucioso processo
de cura para impedir o enfraquecimento dos elementos pela perda de água prematuramente.
Este fato pode ser verificado na eficiência mecânica de todas as peças ensaiadas.
Os resultados de laboratório mostram que as vigas convencionais comportaram-se
dentro do previsto, sendo que a carga de projeto foi de 10,73 kN e, com os coeficientes de
segurança previstos pela ABNT para o concreto armado e com a margem de segurança
existente no concreto, estas sofreram um aumento de resistência mecânica, atingindo a flecha
máxima com a carga média de 23,00 kN. Índice de segurança de 114 %.
As vigas multilaminares de concreto comportaram-se de forma diferente, quando
comparadas com as vigas convencionais de concreto armado. Apesar de ambas terem sido
calculadas e moldadas de forma equivalente, do ponto de vista estrutural e dimensional, as
vigas multilaminares deformaram-se menos e atingiram a flecha máxima com um
carregamento médio de 54,67 kN.
Observando os valores acima citados, pode-se concluir que esta nova tecnologia
de combinar o aço e o concreto, denominada “Estruturas Multilaminares de Concreto” na
moldagem de vigas, propiciou um avanço nos conceitos de vigas mistas, até então não citados
pelos autores afins. Ao comparar os valores das cargas máximas no instante em que as vigas
atingiram a flecha máxima de 1/300 do vão livre, ou seja, de 6,0 mm para as atuais peças,
pode-se também concluir que as vigas multilaminares de concreto tiveram um desempenho de
138 % superior ao desempenho apresentado pelas vigas convencionais de concreto armado.
112
Desta forma, conclui-se o objetivo primeiro deste estudo científico, que foi a
determinação experimental do comportamento de vigas multilaminares de concreto e aço e a
comparação com vigas convencionais de concreto armado, no tocante à capacidade de carga,
sendo que as vigas multilaminares apresentaram um desempenho médio superior de 138 %
em relação às vigas convencionais de concreto armado.
Como sugestão para trabalhos futuros, pode-se levar em consideração: a
possibilidade da moldagem das estruturas multilaminares utilizando concretos de baixa
resistência ou com utilização de seixo rolado; a alteração da direção do aço que compõe a
malha interna das lâminas; a verificação do comportamento de vigas multilaminares
submetidas a esforços na direção ortogonal, em relação à direção estudada nesta pesquisa; a
utilização das estruturas multilaminares na moldagem de pilares; a possibilidade de
construção de vigas com seção “I”, sendo a alma de concreto envelopado e as mesas em aço
estrutural; ensaios utilizando carregamentos uniformemente distribuídos.
113
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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114
(Mestrado em Engenharia da Escola de Engenharia de São Carlos) – Universidade de São Paulo. São Carlos. NARDIN, Silvana de. Pilares mistos preenchidos: estudo da flexo-compressão e de ligações viga-pilar. 2003. Dissertação (Mestrado em Engenharia da Escola de Engenharia de São Carlos) – Universidade de São Paulo. São Carlos. OLIVEIRA, Luciana Alves de. Tecnologia de painéis pré-fabricados arquitetônicos de concreto para emprego em fachadas de edifícios. 2002. 191 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo) – Universidade de São Paulo. São Paulo. PFEIL, Walter. Estruturas de aço. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1977. PFEIL, Walter. Concreto Protendido. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1984. QUEIROZ, Gilson; ROBERVAL, José Pimenta. Elementos das estruturas mistas aço-concreto. 336 p. Belo Horizonte: O Lutador, 2001. SILVA, Ney Amorim. Concreto Armado I. Apostila utilizada no Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, 150 p, 2005. SÜSSEKIND, José Carlos. Curso de análise estrutural. Volume I. Rio de Janeiro: Globo, 1987. SÜSSEKIND, José Carlos. Curso de análise estrutural. Volume II. Rio de Janeiro: Globo, 1987. SÜSSEKIND, José Carlos. Curso de concreto. 376 p. São Paulo: Globo, 1989. TRISTÃO, Gustavo Alves; MUNAIAR NETO, Jorge. Caderno de Engenharia de Estruturas. São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo, 2005. Universidade Federal de Minas Gerais. Projeto de Estruturas de Concreto I – Curso de Especialização em Estruturas (Apostila – Notas de Aula) – Belo Horizonte: UFMG, 2006. VIEIRA, Luiz Cláudio de Oliveira; CORRÊA, Osvaldo Manoel – Normas para redação de trabalhos acadêmicos, dissertações e teses. Belo Horizonte: FUMEC, 2006. CATÁLOGO TÉCNICO. Empresa PRECON, 2006. www.comercialgerdal.com.br. Acesso em: 29 de maio de 2007. www.laminus.com.br. Acesso em: 29 de maio de 2007. www.precon.com.br. Acesso em: 29 de maio de 2007.