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FUNCIONAMENTO DE LAJES PROTENDIDAS
Eliane Maria Lopes Carvalho
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE
PÔS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIENCIAs· (M.Sc.).
Aprovada por:
{)_,.J;oMA-0 ~~ r~ L, . e
Prof. Antonio Claudio Ferrara Maia
(Presidente)·
Prof. Fernando L. Lobo B. Carneiro
Prof. Carlos Henrique Holck
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARÇO DE 1982
i i
CARVALHO, ELIANE MARIA LÓPES
Puncionamento de Lajes Pretendidas (Rio de Janeiro) 1982
XI, 134 p., 29,7 cm (COPPE-UFRJ, M. Se., Engenharia Civil,
1982).
Tese - Univ. Fed. Rio de Janeiro, Fac. Engenharia
1. Pune ionamento
I. COPPE/UFRJ
II. Titulo (Serie)
i i i
A meus pais.
i V
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Antônio Claudio Ferraro Maia, pelava
liosa orientação.
Ao Professor Michel Pré, pela inestimada ajuda na
fase de planejamento e ensaios e ao Engenheiro Guy Fremont pela
colaboração na fase de planejamento.
Aos amigos: Vanderleri Tizato, Décio Zendron, João
Carlos A. Nunes, Joaquim Fernando Paes de Barros Leaes e Francis
co Carlos Rodrigues pela ajuda e interesse demonstrados.
Ao pessoal técnico do Laboratõrio de Estruturas:
Manoel Aguinaldo, Flãvio, João Pinto, Vicente, Mollica, José Ma
ria e Osvaldo pela colaboração e amizade.
~ STUP pelo apoio técnico e financeiro. Aos Enge
nheiros da STUP; Carlos Freire Machado, Roberto Azevedo Ferrão e
Mãrio Monteiro Gouveia e ao seu pessoal técnico pelo apoio na fa
se de ensaio.
~ Companhia Siderúrgica Nacional e Fabrica de Es
truturas Metãlicas pelos perfis e chapas cedidas para a montagem
dos ensaios.
Ao PICO, CNPq e COPPE, pelo apoio financeiro.
V
A todos os colegas e professores que direta ou in
diretamente contribu1ram para a elaboraçâo deste trabalho.
vi
RESUMO
Neste trabalho sao apresentados os resultados dos
ensaios de puncionamento de três lajes protendidas com pilares
interiores e sem armaduras transversais. Variou-se a tensão de
protensão aplicada, a resistência ã compressão do concreto e as
dimensões dos pilares.
Os resultados experimentais da carga de ruptura
por puncionamento foram comparados com valores teõricos obtidos
a partir dos métodos de cãlculo propostos pelas normas NB-1/78
e ACI/77 e pelas recomendações do CEB-FIP/78.
Vi i
SUMMARY
In this work it is presented the results of pun
ching tests in three plat slabs. These slabs were supported on
a central column and had no shear reinforcement. The parameters
varied in them were the prestress appl ied, the compressive stre~
gth of the concrete and the dimensions of the cross-section of
the column.
The puching failure loads obtained in the
are compareci with predicted values found from the formulas
ven by the NB-1/78, ACI/77 and CEB-FIP codes of practice.
tests
gi-
Vi i i
NOTAÇÕES ADOTADAS
1NDICES
d - Valores de cãlculo
u - Valores Ültimos
e - Valores de escoamento
VALORES RELATIVOS A GEOMETRIA DAS LAJES
a, b - Dimensões dos pilares
d - Altura Ütil da laje
h - Espessura da laje
- Vio da laje correspondente ao modelo ensaiado
- Diâmetro de uma barra da armadura
Pf - Taxa geomêtrica de armadura
VALORES CARACTER1STICOS DOS MATERIAIS
Eco - MÕdulo de elasticidade do concreto
EP Mõdulo de elasticidade do aço de protensio
E5
MÕdulo de elasticidade do aço passivo
fcc - Resistência a compressao do concreto
ix
fct - Resistência a tração do concreto
fy - Limite de escoamento do aço passivo
CARGAS
P - Carga concentrada
DEFORMAÇÕES
E - Deformação espec1fica
TENSÕES
o - Tensão normal {-f) tração
(-) compressao
, - Tensão de cisalhamento
DIVERSOS
y - Coeficiente de segurança
UNIDADES DE MEDIDAS
l N - O, l Kgf
N/mm 2; 0,1 Kgf/cm 2
psi= l lbf/in 2 ; 0,07031 Kgf/cm 2 - 0,00703 MPa
X
1NDICE
CAP1TULO I - INTRODUÇ/10 .............•....................
CAPITULO II - PUNCIONAMENTO DE LAJE PROTENDIDA COM PILAR
INTERIOR E SEM ARMADURA TRANSVERSAL - PARTE
TEORICA ................................... .
2.1 - Introdução ........................................ .
2.2 - Métodos de Dimensionamento ........................ .
2.2.1 - Marti, Ritz e ThÜrlimann ........................ .
2.2.2 - "Code-Modele" do CEB-FIP/1978 ................... .
2.2.3 - Norma do ACI. ................................... .
2. 2. 4 - Recomendações da STUP ........................... .
2.2.5 - Norma Brasileira NB-1/1978 ...................... .
2.2.6 - F. Leonhardt - E. Monni0 ....................... .
CAP1TULO III - PUNCIONAMENTO DE LAJE PROTENDIDA COM PILAR
INTERIOR E SEM ARMADURA TRANSVERSAL - PAR-
4
4
7
7
1 O
1 4
1 7
1 9
21
TE EXPERIMENTAL........................... 27
3.1 - Esquema de Ensaio.................................. 27
3.2 - Caracterlsticas Geométricas........................ 29
3.2.1 - Laje de Concreto................................. 29
3.2.2 - Aço Protendido.......... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3. 2 . 3 - Armadura P as si v a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4
xi
3.3 - Materiais.......................................... 37
3.3.1 - Areia............................................ 37
3.3.2 - Agregado Graüdo.............................. .. . . 37
3.3.3 - Cimento.......................................... 37
3.3.4 - Concreto......................................... 38
3.3.5 - Aço Ativo........................................ 38
3.3.6 - Aço Passivo...................................... 38
3.4 - Execução........................................... 38
3.4.1 - Concretagem...................................... 38
3.4.2 - Protensão........................................ 40
3.5 - Caracteristicas Fisicas dos Materiais.............. 48
3.5.1 - Concreto......................................... 48
3.5.2 - Aço Passivo...................................... 51
3.5.3 - Aço de Protensão................................. 53
3.6 - Instrumentação..................................... 56
3.6.1 - Flechas.......................................... 56
3.6.2 - Deformação do Concreto........................... 57
3.6.3 - Fissuração....................................... 59
CAP1TULO IV - ANALISE DOS RESULTADOS..................... 60
4.1 - Resultados Experimentais........................... 60
4.1.1 - Cargas Aplicadas................................. 60
4.1.2 - Fissuração....................................... 62
4.1.3 - Flechas.......................................... 66
4.1.4 - Deformações...................................... 70
Xi i
4. 2 - Cargas de Ruptura................................ 96
4.2.l - Tensão Inicial de Protensâo.. ... . .. .. . ... . . ... . 96
4. 2.2 - Tensão de Protensão no Dia do Ensaio........... 97
4.2.3 - Comparação dos Resultados...................... 98
4.3 - Modos de Ruptura................................. 105
CAPTTULO V - CONCLUSÕES................................ 113
5.1 - Considerações Finais............................. 113
5.2 - Projeto para Continuação da Pesquisa............. 115
APÊNDICE A - PERDAS DE PROTENSIIO.. .... .. .. . .. .. .. . .. .. . 117
A. l - Perdas Instantâneas.............................. 117
A.l.l - Perdas por Atrito.............................. 117
A.l.2 - Perdas por Deslizamento na Ancoragem........... 121
A.l.3 - Perdas por Deformação Instantânea do Concreto.. 125
A.2 - Perdas Diferidas................................. 125
A.2.1 - Perdas Devidas ã Fluência e ã Retração do Con-
creto e ã Relaxação do Aço Segundo o "Code-Mod!
l e" CEB-FIP/1978............................... 126
BIBLIOGRAFIA........................................... 131
CAPITULO I
INTRODUÇAO
As lajes protendidas estão sendo cada vez ~ais usa
das como elementos estruturais na engenharia civil. Devido estas
possuirem pequenas espessuras, um problema que deve ser analisa
doê o puncionamento.
Algumas pesquisas 15
1, 112
1 e 119
1 foram feitas pa-
ra mostrar a influência de parãmetros como as dimensões dos pil~
res, espessura da laje, armadura passiva, resistência ã compres
são do concreto e tensão de protensão, no puncionamento de lajes
protendidas.
A maioria dos mêtodos de dimensionamento ao punciQ
namento apresentam, ainda hoje, formulas empiricas obtidas atra
vês de ensaios em laboratório.
A grande utilização deste esquema estrutural na
construção civil justifica o interesse de uma pesquisa experime~
tal sobre o puncionamento em lajes protendidas.
Marti et al 116
1 apresentam um mêtodo de dimensio
namento baseado em hipóteses da teoria da plasticidade.
O CEB-FIP/1978 1ª1 apresenta um mêtodo de dimensio
namento ao puncionamento onde ê considerada a influência da re-
2
sistência a compressao do concreto, da altura Ütil da laje, das
dimensões do pilar e da armadura passiva. Não ê considerada a
influência da protensão neste mêtodo de dimensionamento.
A 1 imitação da tensão cisalhante recomendada pelo
Comitê ACI-ASCE 423 l"I e uma função da resistência ã compressão
do concreto e da tensão de protensão.
As recomendações da STUP 120 1 aborda o problema do
puncionamento em lajes sem armadura transversal de maneira idên
tica ao Comitê ACI-ASCE I" 1.
A NB-1/1978 1'1 limita a tensão cisalhante por uma
função da resistência ã compressão do concreto. Neste mêtodo de
dimensionamento não ê considerada a influência da pretensão.
No mêtodo proposto por Kinnunem e Nylander (apre
sentado no livro Construções de Concreto, Vol. 2.- F. Leonhardt
e E. Monni~ 1' 3 1) ê feito o equilibrio dos esforços atuantes
nos elementos formados pelas fissuras radiais e tangenciais. t
tambêm considerada a armadura passiva.
O objetivo principal deste trabalbo ê apresentar
os resultados obtidos nos ensaios atê a ruptura de 3 (três) la
jes pretendidas com pilares interiores, sem armadura transversal.
As lajes ensaiadas foram dimensionadas de modo que
a ruptura por flexão não ocorresse, garantindo assim a ruptura
3
por puncionamento.
Nas lajes ensaiadas foi variada a tensão de prote~
sao com o objetivo de estudar a influência deste parâmetro no pu~
cionamento. Devido ao fato das lajes terem sido ensaiadas em ida
des diferentes, obteve-se diferente resistência a compressao do
concreto para as três lajes. A laje Ll se apoiava em um pilar de
150 mm de lado. No entanto, para tornar mais coerentes com os pi
lares usados na prãtica, os pilares que apoiavam as lajes L2 e L3
tinham lado igual a 200 mm.
Ainda, neste trabalho, foram apresentadas as cur
vas carga-flecha e carga-deformação e os modos de ruptura das
três lajes. Foi feita, tambêm, a comparação dos resultados expe
rimentais com os resultados teõricos obtidos com a utilização dos
diversos métodos de cãlculo.
4
CAP1TULO II
PUNCIONAMENTO DE LAJE PROTENDIDA COM PILAR
INTERIOR E SEM ARMADURA TRANSVERSAL - PARTE TEÕRICA
2.1 - INTRODUÇ/10
O problema do puncionamento em lajes armadas em
duas direções e anâlogo ao problema do cortante em vigas.
No caso de puncionamento em lajes sem armadura
transversal (estribos, armadura inclinada) a ruptura por cor
tante ê brusca e ocorre para uma carga inferior àquela que
provocaria a ruptura por flexão.
Nas lajes de concreto protendido, quando existe
um 0rande numero de cordoalhas localizadas sobre·ospilares,a ruptura
por puncionamento ê mais brusca do que para lajes de concreto
armado, devido ao fato da ruptura não ser precedida do
das fissuras de flexão.
aviso
O dimensionamento ao ,uncionamento ê, em geral,
feito considerando uma superficie cilindrica de controle ao re
dor do pilar a uma distância igual a metade da altura util da
laje. A tensão cisalhante mêdia na superficie de controle nao
deve exceder a resistência ã tração do concreto.
5
Este mêtodo de dimensionamento e questionado
pois supoe-se que a ruptura de puncionamento e uma ruptura
oor deslizamento, por duas razões:
l. A superficie de ruptura, ao menos na região prõxima do pi
lar, tem a mesma caracteristica de ruptura por deslizamento
observada em ensaios de compressão simples.
2. O deslocamento relativo ao longo da superficie nao e perpe~
dicular ã superficie como ocorre na ruptura por tração.
Em geral, os mêtodos de projeto e normas l imi-
tam a tensão cisalhante nominal, Tu' na seçao critica, a um
valor admissivel determinado atravês de ensaios.
A carga de ruptura por ~uncionamento, Pu'
ser calculada em função dos seguintes parâmetros:
pode
Pu=Pu{fcc•ª•b,d) (2.1)
O projetista tem, então, as seguintes quatro
opçoes para atender ãs limitações impostas ã tensão cisalhan
te:
l. Aumentar a resistência do concreto
Na prâtica, a resistência do concreto usada em
laJ·es, varia entre 21 ~p ' a e 28 11Pa. Usar resistência ã compre!
6
sao acima deste intervalo aumentara a resistência ao punciona
mento em apenas 15% a~raximadamente 1 '' 1- Consequentemente deve-se
escolher outros meios para atender a essa limitação.
2. Aumentar as dimensões do pilar
A carga de ruptura por púncionamento varia li-
nearmente com as dimensões do pilar. Consequentemente o aumen
to das dimensões do pilar proporciona um aumento significante
desta carga.
3. Aumentar a espessura da laje
A carga de puncionamento varia com o quadrado da
altura util da laje. Portanto, a espessura da laje ê um parâm~
troque tem uma influência importante na carga de ruptura. No
entanto, deve-se notar que, aumentando a espessura da laje au
menta tambem o peso prõprio e em consequência aumenta-se a car
ga no pilar.
- Esquema de Ensaio
De acordo com a teoria da elasticidade para pla
cas finas, o momento fletor na direção radial praticamente se
anula a uma distância igual a 0.22 l do centro do pilar, em um
sistema de lajes quadradas com vão l e pilares com
diâmetros.
pequenos
7
O esquema adotado geralmente nos ensaios e o
apresentado na Figura 2.1, onde se considera um trecho de laje
em torno do pilar com lado igual a 0.44 l.
_.,._ __ r = 0 122 1 --+-· 1 i
Fig. 2.1 - Esquema adotado em ensaios
2.2 - METODOS DE DIMENSIONAMENTO
2.2.l - Marti, Ritz e ThÜrlimann 116 1, 1"1
Considera-se uma laje circular de concreto arma-
do, apoiada nos bordos e carregada por um pilar circular cen-
tral. A laje e armada de modo que não ocorra ruptura por fl e-
xao. O mecanismo de ruptura adotado e o apresentado na
2. 2.
Figura
8
Superfície de controle
f 1 Mecanismo de ruptura
Fig. 2.2 - Mecanismo de ruptura adotado por Marti et al 116
1
No cãlculo, de acordo com a teoria da plasticid~
de, adotou-se um mecanismo de corpo r1gido para a ruptura por
puncionamento da laje com pilares interiores, como se vi na
Figura 2.3.
A carga de ruptura por puncionamento pode ser
obtida por:
= -- + 2
onde:
Pú - carga de ruptura por puncionamento
relação entre a resistência a tração e a resistência
compressão do concreto
d - altura util da laje
( 2 . 2 )
a
9
resistência a compressao efetiva do concreto
do
v = 4 · 22 (fcc em MPa)
Ífc2
sen
( 2. 3)
E - relação entre o diãmetro do pilar e a altura ütil da laje.
F
h
A o €-d
Fig. 2.3 - Mecanismo de corpo r1gido para pilares
(t1arti et al \ 1 6\)
1-)
interiores
Nesse método de dimensionamento, para o cãlculo
da carga de ruptura, foram adotadas as seguintes hipoteses:
1. A armadura longitudinal nao contribue para a resistência ao
puncionamento
2. Geralmente quando se faz o cãlculo de acordo com a teoria
da plasticidade, despreza-se a resistência ã tração do con
ereto. No entanto ao se desprezar a resistência ã tração os
resultados não estão de acordo com os obtidos experimental
mente.
l o
Sendo assim foram feitos ensaios para se obter o
valor da resistência ã tração usada neste cãlculo. Braestrup
et al l 1 7 I diz que a resistência ã tração fr.t = fcc/400 aprese_i:i_
ta resultados real1sticos.
2.2.2 -"Code-Modêle"do CEB-FIP/1978 lªt, l 17J
As recomendações do CEB-FIP/1978 consideram uma
carga concentrada no interior de uma laje de concreto armado
sem armadura transversal. A laje ê armada em cada direção de
modo que não ocorra ruptura por flexão.
Na ruptura por puncionamento a parte central da
laje, limitada pela superf1cie de ruptura (esquematizada na
Figura 2.4) ê deslocada para baixo em relação ã outra parte
da laje.
p
Area carregada
Superfície de ruptura
Fig. 2.4 - Mecanismo de ruptura adotado pelo CEB-FIP/1978
l l
Nas especificações do CEB-FIP/1978 para o éãlcu
lo da carga de puncionamento existe as seguintes limitações:
l) Quanto a forma da area carregada
(a) Circulares e de diãmetro menor ou igual a 3.5 d
(b) Retangulares, e de per1metro menor ou igual a 11 d com
uma relação entre comprimento e largura menor ou igual
a 2.
(c) Em qualquer outra forma, as dimensões limites sao fixa
das por analogia ãs apresentadas em (a) e (b).
2) Ãreas carregadas nao situadas nas vizinhanças de outras fo~
ças concentradas nem em zonas de esforços cortantes impor
tantes de outras origens.
O esforço cortante atuante por unidade de compri
menta do contorno da seção cr1tica ê:
V u
onde:
=
V -U ( 2. 4)
Vu - esforço cortante atuante no comprimento do per1metro cr1-
tico
µ - per1metro cr1tico de cisalhamento p
l 2
Exemplos de perimetros criticas definidos pelo
CEB-FIP/78 são dados na Figura 2.5.
O esforço cortante por unidade de comprimento de
ve ser limitado por:
vRd = 1.6 'Rd K(l + 50 P,t) d ( 2 . 5 )
onde:
'Rd - segundo a tabela 2. l
K z 1,6 a d f 1,0 (d em metros)
e P,e - taxa geométrica de armadura nas direções x e y
2 ( d + d )
X y d =
dx e dy - alturas uteis para as direções x e y.
1 3
a a b
,,----, ,_ 1 '-~ 1 1 1 1 1 1 d
1 - L.2-1 1
b
1 1 1
L --\ 1 1 / '-L- - _.~
~p = lT (e +d) 4p: 2a+2b+ITd l,lp= 2(a+b)+2b +a V'2 +JTd
Fig. 2.5 - Perlmetros crlticos adotados pelo CEB-FIP/1178
TABELA 2 .1 - Valores de 'Rd em MPa
fck 1 2 1 6 20 25 30 35 40 45 50
TRd O, l 8 0,22 0,26 0,30 0,34 O, 3 8 0,42 O, 4 6 0,50
onde:
fctk 'Rd = 0,25 (com yc = 1 ,5)
Yc
14
2.3 - NORMA DO ACI 12
1 1
3 1
Para calcular a carga de ruptura por puncioname~
to a norma do AC! 1977 recomenda calcular a tensão
ultima através da equaçao abaixo:
TU =
onde:
'u - tensão cisalhante na ruptura
P . carga de ruptura por puncionamento u
cisalhante
( 2 . 6)
~ = 0.85 - coeficiente de redução da seção de concreto
µ - per1metro cr1tico de cisalhamento p
d - maior entre os valores da altura ütil e 0,8 h.
O perimetro critico, segundo a norma do AC!, e
definido a uma distãncia d/2 da face do pilar, como mostra a
Figura 2.6.
a -1 Fig. 2.6 - Per1metro cr1tico considerado pelo AC!
l 5
O ACI-1977 recomenda que a tensão cisalhante ad
miss1vel na superf1cie de controle de lajes de concreto armado
e protendido, para pilares cuja relação entre os lados ê < 2,
seja:
= 0,33 rt (f em MPa) CC CC
( 2 . 7 )
onde:
T - tensão cisalhante de cãlculo d
fcc - resistência a compressao do concreto
O Comitê ACI-ASCE 423 l'"·i verificou que esta li-
mitação da tensão Td ê muito rigorosa para lajes em concreto
protendido. Uma nova limitação, para lajes em concreto preten
dido, ê, então, dada pela expressão:
Td = 0,29 /fcê + 0,3 f pc
( f c c e f em MP a, vp em N' pc
T < = 3 , 5 1 f-cc1
+ 0,3 f rc u
bw
+
e
b '. d w
d em
~ b xd w
mm)
(f çç e f oc em psi, v P em l b, bw e d em po l)
( 2 . 8)
onde:
fce
1 6
- tensão cisa 1 hante de calculo
- resistência a compressao do concreto
- menor das tensões medias de compressao nas duas direções
da 1 aj e
vp - componente vertical da força de protensão
bw - largura de cãlculo
d - maior entre os valores da altura util e 0,8 h
- Limitações da equaçao (2.8)
l) fpc deve ser menor ou igual a 3,5 MPa devido ao limitado nu
mero de ensaios para valores da tensão fpt > 3,5 MPa.
2) O Valor de fcc usado nessa equaçao nao deve exceder 35 MPa
atê que a aplicabilidade dessa equação para altas resistên
cias ã compressão do concreto seja demonstrado atravês de
pesquisa.
Para lajes protendidas com pequenas espessuras,
a componente vertical vp da força de protensão ê muito peque
na, sendo aconselhãvel desprezar, na equação (2.8) ,a parcela
V /b •d· p w
l 7
2. 2. 4 - Recomendações da STUP !2 0 1
Nas recomendações da STUP para verificação da
resistência ao puncionamento ê considerado a açao
da pretensão.
favorãvel
As regras, que seguem, sao aplicãveis quando as
seguintes condições são atendidas:
l - Pilar redondo ou retangular com b <a< 3 b
2 - Vão mãximo e minimo da laje ao redor do pilar nao diferin
do de mais de 30%
3 - Ausência de abertura nas proximidades do pilar.
O cãlculo ao puncionamento, utilizando-se as re
comendações da STUP, ê efetuado em duas etapas:
l - Cãlculo da tensão cisalhante ultima
la:
onde:
A tensão cisalhante na ruptura e dada pela fÕrmu
0,85µ·d p
( 2. 9)
'( u
p u
l 8
- tensão cisalhante na ruptura
- carga de ruptura por puncionamento
0,85 - coeficiente de comportamento
µP - perTmetro cr1tico de cisalhamento
d - maior entre os valores da altura útil e 0,8 h
O perTmetro cr,tico de cisalhamento e calculado
como mostra a Figura 2.6.
2 - Verificação da seçao
e
onde:
Sendo:
, 1 = 0,51 ~ (f_cc· em MPa)
, 2 = 0,28 ~ + 0,3 fpc
(fcc e fpc em MPa)
, 2 = 0,9 rç+ 0,3 foc
(fcc e frc em kgf/cm 2)
(2.10)
(2.11)
1 9
fcG - resistencia a compressao do concreto
fpc - menor das tensões medias de compressao nas duas direções
da 1 aj e
O dimensionamento ou verificação ao puncionamen
to, ê feito atravês da tensão cisalhante Tu' atendendo as se
guintes condições:
1) Se Tu > Tl, a seçao ê insuficiente em concreto, mesmo com
armaduras transversais, sendo necessãrio aumentar a espess~
ra da laje ou as dimensões dos pilares.
2) Se Tu < T2 , a seçao e suficiente em concreto e
passivas transversais não são necessãrias.
armaduras
3) Caso , 2 <Tu< , 1 a seçao ê suficiente em concreto e as
armaduras passivas transversais ou perfis incorporados sao
necessãrios.
2.2.5 - Norma Brasileira NB-1/78 1' I
No caso de puncionamento supoe-se que a
produza tensão tangencial uniformemente distribuida na
Onde:
carga
area
20
d - altura Ütil da laje ao longo do contorno do pilar
µP - per1metro cr1tico de cisalhamento distante d/2 da
do pilar.
d 2 a
i 2 d
il'(o • 2at2bt4d
Fig. 2.7 - Per1metro cr1tico segundo a NB-1/78
face
A tensão cisalhante na ruptura e calculada por:
p 'U
'u =
onde:
'u - tensão cisalhante na ruptura
p. - carga de ruptura por puncionamento .U
A tensão 'u e limitada por:
(2.12)
onde:
0,31 rrcc
21
(fcc em MPa)
Td - tensão cisalhante de cãlculo
fcc - resistência a compressao do concreto
yc - coeficiente de minoração da resistência do concreto
2.2.6 - F. Leonhardt - E. Monning 113
1
(2.13)
Os ensaios mostram que as fissuras radiais sur-
gem antes das fissuras circulares. Para elevados estãgios de
carga estas fissuras circulares começam a se desenvolver a par
tir da mais externa formando a superficie de ruptura pdr cisalha
menta. Surge, então, uma zona comprimida na flexão, ao redor do
pilar, em forma de casca cônica, onde as tensões nas três dire-
- -çoes sao ºr' ºte T.
No mêtodo de cilculo de Kinnunen e Nylander y12[
a laje circular foi decomposta em setores circulares formados p~
las fissuras radiais e pelas fissuras circulares (figura 2. 8).
Esses setores se apoiam no topo do pilar e estão solicitados pe
los esforços mostrados na figura 2.8.
22
------ 2,, ·---------------.1'-
--,f--------~ f, --------"'"
-,/'---~ ,, ----.1- z,
.._ .. ,
Elea111to em forma de tetor
Fig. 2.8 - Indicação dos esforços atuantes prõximo da ruptura,
no elemento em forma de setor
O setor e tratado como rigido na direção radial,
isto e, nao se considera nenhuma fissura circular alem das fis
suras de cisalhamento.
- Carga de punçao de acordo com Kinnunen e Nylander I'' [
armadura transversal)
(sem
Fazendo o equilibrio do elemento em forma de se
tor da Figura 2.8 e com as condições de geometria foi deduzida
a expressão para a carga de puncionamento.
23
Estimando-se, inicialmente, uma altura da zona
comprimida x = Kx.d quando ocorre a ruptura do concreto, tem
se:
1 + 2
E Kx
p = 1 , 1 '1T, E, d 2 , Kx ·ºk·f(a,) (2.14) u , 1 1 + Kx
E
onde:
1,1 - coeficiente de correçao para armadura em duas direções
=
que tem a finalidade de permitir uma adaptação aos resul
tados de ensaios
2r s
d relação entre o diãmetro do pilar e o valormedio da
altura util da laje
d - altura util da laje
o - tensão crítica de compressao no concreto no início da k
solicitação de punçao
Para Sw > 150 K9
f/cm 2, tem-se que:
1 ) Se E < 2
ºk = 825(0.35 + 0,3
2) Se E> 2
s ~)(l 150
- 0.22 E) (2.15)
24
s o = 460 (0,35 + 0,3 ~)
k 150 (2.16)
onde:
Sw - resistência a compressao cÜbica do concreto
O valor de f(a) pode ser determinado pelo grãfi
co da Figura 2.9.
f ( od 0,21 .---.--~-~-~-~-~---.
0.17 f--1---
0.1 6 >-------1--
0,1 O '--'-~'--'--''---'---'----'
to 2s :so ,e •o 415 !So es
..1.. d
Fig. 2 .. 9 - Representação grãfica da função f(a) l"-1
25
Foi deduzida outra expressao para ~u que consid~
ra a influência da taxa de armadura. Nesta expressão foi consi
derada a largura 2rf da zona na qual a armadura entra em escoa
mento. Esse valor pode ser menor, igual ou maior que ru ·, e de
pende do ângulo de inclinação ijJ do elemento do setor deforma
do fora do cone de ruptura.
Na situação imediatamente anterior a ruptura
onde:
E5 - mõdulo de elasticidade do aço
f - tensão de escoamento do aço y
Para:
E < 2: ijJ = 0,0035 (l + _E_)(l - 0,22 E) 2K
X
E > 2: ijJ = 0,0019(1 + _E_) 2 Kx
(2.17)
(2.18)
(2.19)
Para armadura em duas direções, o raio do cone
de punçao e suposto igual a:
rs + 1 1 8 d (corresponde a a = 30º) (2.20)
Para
Pu,2
onde:
26
A carga de punçao devido a ruptura do aço e:
r < r .. < r u f r
rf = l,l.2rr.p.f . d 2
y r -r r s
= l, l .2rrp.f y-d 2
r -r r s
p = Fex = Fey
rf.d rf.d
l q. (n r
(~) ( l -rf
Kx {l - -)
3
Kx -) (2.21) 3
( 2 . 2 2 )
Fex e F - seçoes das armaduras, nas direções x e y, respectj_ ex vamente, na região do circulo de raio rf
Para um valor x adotado, a carga de punçao Pu e
obtida quando:
(2.23)
Por este modo de proceder, pode-se ver que o
metada e complicado. Na prãtica, adoção de grãficos e tabelas
simplificam a aplicação do metada.
27
CAP1TULO III
PUNCIONAMENTO DE LAJE PROTENDIDA COM PILAR
INTERIOR E SEM ARMADURA TRANSVERSAL -
PARTE EXPERIMENTAL
3. l - ESQUEMA DE ENSAIO
Com o objetivo de estudar a influência da prote~
sao no puncionamento de lajes protendidas com pilares interio
res foram ensaiados três modelos designados por Ll, L2 e L3.
O esquema de ensaio adotado ê constituido de uma
laje quadrada apoiando-se em um pilar quadrado central. Este
esquema foi escolhido imaginando-se um painel de lajes proten
didas quadradas de lado l apoiadas em pilares.Isolou-se,então, uma la
je cujo bordo dista 0,22 l do pilar central, onde segundo a
teoria da elasticidade, os momentos radiais se anulam.
Os ensaios foram efetuados na placa de reaçao do
Laboratório de Estruturas do Centro de Tecnologia da UFRJ.
As cargas nas lajes foram aplicadas em quatro po~
tos por meio de cil1ndros de carga, servo-controlados, com capa
cidade de 25 kN cada, conectados a uma bomba hidrãulica de al
ta pressão e a Lin1 painel eletrônico de comando (MTS). Para me
lhor distribuição das cargas foi feita uma montagem com perfis
e chapas metãlicas com um metro de comprimento como mostra a
Figura 3 . l .
28
A Figura 3.2 contem o corte transversal da monta
gem do ensaio.
4
o 'O ~
~ ã Direção 2 1I~
1000 ''"" ' .
'
1410 '""'
BASE DOS PERFIS METÁLICOS
DE DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS
3
2
Fig. 3. l - Vista superior mostrando a localização aus perfis e
chapas metãl icas
Para as lajes Ll e L2 foram aplicadas
iguais nas quatro células de carga. Para a laje L3 as
cargas
cargas
foram diferentes para as duas direções, simulando assim cargas
29
diferentes nos dois sentidos da laje, que e o caso mais comum
na prãtica.
..... : . . ,. 1t A·, ~· ~ ',, .
Macaco hldra1
ulico
... •
·- .. · : .. '· .
: . ~-:
, ..
270 fllffl
360 MIII
:•
• . . .
'-·:' o:
Cha as metálicos
Perfis metálicos
. . ' ;· . - .,.·. •' •
•·• fl''
Fig. 3.2 - Corte mostrando a montagem
3.2 - CARACTER1STICAS GEOMtTRICAS
3.2. l - Laje de Concreto
• .
. .. ,,. \ •,' . '
.. ·•' .. ~ . • . ; •, ~- 1
. . . ' i · .. ·~:4 ":. •, . :· :'
1,'.··t:.::/ ... . . . ~ . --~ ..
As Figuras 3.3 e 3.4 definem as caracter1sticas
geometricas das lajes.
A
30
f
--
D
A
f ~
D to D
1 1 m 1 1
D
- '-
LAJES f (mm) a(mm) m(mm)
Ll 3 500 l 50 1410
L2 3500 200 141 O
L3 3500 200 141 O
Fig. 3.3 - Vista superior mostrando as caracter1sticas geome
tricas das lajes.
31
1 1
p
LAJES h(mm) n(mm) p(mm)
Ll 150 200 600
L2 150 l 50 650
L3 150 l 50 650
Fig. 3.4 - Vista transversal mostrando as caracteristicas geome
tricas das lajes
No esquema de ensaio utilizado a laje quadrada
de 3500 mm de lado corresponde, na prãtica, a uma laje de
6410 mm de vao.
No prê-ensaio (laje Ll) a carga ruptura por punci~
namento foi bem inferior ã capacidade total (100 kN) das celulas
de carga. Resolveu-se, então, nos ensaios seguintes (lajes L2 e
L3) aumentar as dimensões dos pilares, passando a adotar pilares
de lado igual a 200 mm, para tornã-los mais coerentes com os usa
dos na prãtica.
32
3.2.2 - Aço Pretendido
Todas as lajes foram pos-tensionadas em ambas as
direções com 6 (seis) cabos, cada um composto por 2 (duas) cor
doalhas de 1/2" como mostram as Figuras 3.5 e 3.6.
o o "'
8 "'
o ~
o o "'
o o .,
o o "'
o ~
"ºº "ºº "ºº "ºº "ºº "ºº 1 "ºº 11 li 1 •, 11 1 I 11 11 1 11 1 li 11 li • 1 li 1 11 11 JI D 1 11 IJ li 11 • li p 11
---..ll----JL ___ ...;J ___ --'L-- _:i -- _..._ ___ 12 - - - rr - - - -,r - - - ~ - - - = - - - - P= - - - ,,.... - - -
11 11 11 11 il '1
11 11 h li p 1 11 11 1' li 1 1 I li 11 1: 1, 11 1'
____ u_ __ _ ...1,_ - - =1-- --1 .... - - -·'F- - - ...... _ - - ti --------,--- ---------- - --,----11 1 11 1 I 1 1 li li II , 1 li li 11 11 li , 1 1 • 1 • li II 11 11 1 ! '1 li , ,
- - - -lL - - - ..JI _ - - -1- - - - ,- - _ -1- - - =f L __ ---,r---,,----,,-- -------- - e: __ J I 11 li 11 11 11
n ,, li ,: D ,. ,, ,, 0 L..:..J li 11 '• ,, ,, 1 11 li Ji I I 1 ___ Jl ___ ..J._ ___ , ____ r_;_ ___ ~-- _IL __
9 - - -TT - - - ,,- - - - - -- - F, - - - 1-r- - - - - -li I li
11 11 •' •, 11 II li li 1 1 ., li 11 1 1 li 11 11 11 1 li 1'
- - - 11- - - -'L - - -1!.. - - -~ - - _IL - - - '--'- - - - 8 - -- rr-- --,r - - -~ - - -,. - - -,r- - -=-- -li li 11 1 • , , 11 11 li 1 • li '1 11 li I: 11 , , , , 11 li l 1 , , l 1 1,
----:~---~}=---IF---:iJ---d1----lr--= T
,, " ,, D " '1 i, li li 11 11 1 li li li JI 11 1 I li 11 11 li li li
10
2 • 4 • • dimensões em mm
Fig. 3.5 - Vista superior da armadura de pretensão
33
-
Fig. 3.6a - Laje Ll
'- ' o _.._'>-----------~=·~-= - - ; = = = .:- -= =:: ~: -- -· - - - - -~ I') '=-===-=---- -------~ ~
• • • . ----=·~---=·~----(
Fig. 3.6b - Lajes LZ e L1
Fig. 3.6 - Seção transversal da laje mostrando os cabos de pro
tensão
34
3.2.3 - Armadura Passiva
Em todas as lajes foram colocadas no topo do
pilar e nos bordos da lajes, as armaduras mínimas exigidas pe
las recomendações da STUP, como mostra a Figura 3.7. Utilizou
se uma armadura com~ 1/2" e~ 1/4''.
Segundo as recomendações da STUP, o comprimento
dos aços da posição l (Figura 3.7), deve ser igual, para cada 1
lado do pilar, a Lmãx/6 . Na laje Ll, esse comprimento foi cal
culado em relação ao lado do modelo ensaiado, enquanto que, p~
ra as lajes L2 e L3, ele foi calculado em relação ao vão da la
je correspondente ao modelo ensaiado, dando uma maior ancora
gem a esses aços.
Os aços da posição 4 (Figura 3.7b) so foram colo
cados nas lajes L2 e L3. Isto se deve ao fato que nestas la-
jes, os cabos de pretensão tinrram excentricidades maiores no
meio do vão, surgindo assim tensões de tração na parte infe
rior da laje.
"' "' o e.
l
35
3- 24 .l!J 1/4" e 15 - 105
1 1 2- 2~ 1/2" - 345
1 1 1
pos 2 O 1 1 -
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 oos 1
"" o
N "' .. .,
& o e.
pos 2
1 1 o 1 1 1 1 pos 2 -
pos 3
Fig. 3.7a - Laje Ll
1 1 1 1
- -1 1 1 1 1
1 - 6.0' 112· e 13 - 110 1
/ 1 1 1
D 1 1 1 1 1
" NI
" .. ,
o &, c.1
1 1 1 1 1 1 1 1 ~ -
1 1 1 1 - - -
••
96 g 1/4" e 15 - 105- pos 3
"' .. o Q.
1
3 6.
3 - 24 H l/4tl e 1!5 - 105
"1 .. o Q.
-1 1
1 1 1 1 1 1
1
1 1 1 1 1 1 1
NI ~, Q. 1
1 1 1 1
1 1 1
1 1
1 1
1 1 1 1 1 1 1
D 1
1 1 1
NI ~, Q.
1 1
1 1
1 1 1 - -
2 2 .ti 1/2" - !4!5
pos 2 D
1 1
1 1 1 1 1
DOS 1 1 1
~I 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 •
-1 1 1 1
pos ~ /: 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
pos 2 --D
_pos 2
pos 3
Fig. 3.7b - Lajes L2 e L3
Fig. 3.7 - Aços passivos das lajes
1 1 1
1
1 1 1 1 1 14-6..0'V4c13-220
1 (,- 6.<rV2" e 13 -220 1
/ -
-- - o - ·-
1 1
1 N NI 1 1
., .. 1 g_l g_J 1 1
1 1 1 1
1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 - J, -
1 35 1
r ] ~2
96-0'" 114• e 15- 10!5 - pos !
il Q.
1
1
l
37
3.3 - MATERIAIS
3.3.1 -Areia
Foi usada na confecção do concreto, areia grossa
lavada e peneirada. Suas caracteristicas, obtidas do
granulometrico, foram:
Diâmetro Mâximo
MÕdulo de fissura
D - = 4, 8 mm max mF = 3,19
3.3.2 - Agregado Graudo
ensaio
O agregado graudo empregado foi a brita nQ 1 e
suas caracteristicas foram:
Diâmetro mãximo
MÕdulo de fissura
3.3.3 - Cimento
Dmãx = 19,0 mm
mF = 6, 9
Utilizou-se no preparo do concreto o cimento ti
po Portland, CP 320, marcas Alvorada e Tupi.
38
3.3.4 - Concreto
Foi utilizado um concreto dosado pelo método ra
cional apresentando um consumo de cimento de 323 kg/m 3, com fa
tor ãgua cimento de 0,65 e com traço em peso de:
2,01 3,72.
3.3.5 - Aço Ativo
Foi utilizado na armadura de protensão o aço
RB 190.
3.3.6 - Aço Passivo
Foi utilizado na armadura passiva aço CA-50A e
CA-50B.
3.4 - EXECUÇAO
3.4.l - Concretagem
A concretagem de cada laje foi realizada
ininterruptamente durante 5 horas aproximadamente.
Obedeceu-se a seguinte ordem de lançamento dos
materiais na betoneira: l 0% de ãgua, brita, areia, cimento e o
restante de ãgua (cada betonada com 150 l}.
39
O concreto apresentou boa trabalhabilidade para
o vibrador de imersão. Durante a cura procurou-se manter a
umidade da mistura.
A concretagem obedeceu a um controle rigoroso,
com as amostras de concreto destinados ã modelagem de corpos
de prova retiradas de diversos pontos da laje.
Para cada laje concretada foram moldados 30 cor
pos de prova, vibrados com vibradores de imersão, capeados com
pasta de cimento e, apõs 24 horas, retirados das formas e colo
cados em um tanque d'ãgua, onde ficaram durante 7 dias.
Para cada laje, foram ensaiados quatro corpos de
prova no dia da aplicação da primeira parte da protensão.
Aos 28 dias foram ensaiados oito corpos de prova
a compressao com o intuito de avaliar a resistência do concre
to para aplicação da segunda parte da protensão.
Os restantes dos corpos de prova foram rompidos
no mesmo dia do ensaio da laje correspondente.
Em 5 dos 18 corpos de prova restantes foram obti
das as resistências ã tração, determinados em ensaios ã com
pressão diametral. Os outros 13 foram rompidos ã compressão si~
pies, sendo que foi traçado para 5 corpos de prova o diagrama
tensão-deformação do concreto.
40
3.4.2 - Protensão
A protensão das lajes foram feitas em duas fa-
ses. Na primeira fase foi aplicada 50% da tensão de protensão
prevista, a fim de se evitar as poss1veis fissuras por retra
çao do concreto. A segunda fase corresponde a aplicação da ten
sao total de protensão. O quadro 3.1 contêm as idades do con
creto das lajes quando da aplicação da protensão.
QUADRO 3.1 - Idades do concreto na aplicação da tensão de pro
tensão
IDADE DO CONC~ETO (DIAS)
PARA 0,5 Ft PARA Ft
Laje L l 4 43
Laje L2 7 57
Laje L3 21 28
O quadro 3.2 apresenta as tensões teõricas a
ser aplicada em cada laje.
41
QUADRO 3.2 - Tensões de protensão teõricas
CJ pi (MPa)
D I REÇ.Z\O l DIREÇJ\O 2
Laje Ll l 52 O, O 1520,0
Laje L4 1013,0 1013,0 .
Laje L3 1216,0 8 61 , O ,
A protensão foi controlada a fim de que a tensão
inicial calculada para cada laje fosse atingida.
Os alongamentos medidos durante a operaçao da
protensão das lajes Ll, L2 e L3 estão indicados na Figura 3.7.
42
Pressão (MPa)
40
30
o o IO IO 20 111 (011n l
olo11qamH1to médio reol = 3Z15 m111
Fig. 3.7a - Laje Ll - direção 1
43
Pressão (MPol
~o
30
20
o 10 20 t,I l••l
alon901n•nto MÍdlo nol,. 32 1 7!5 m111
Fig. 3. 7b - Laje L l - Direção 2
44
Pressão (MPa)
40
55
50
lS
20
15
10 •
o 5 10 IS 20 25 AI hnn}
alonqaW1ento 1r1édla real 11 18 1!5 ,rim
Fig. 3.7c - Laje L2 - direção l
45
Prassão(MPc)
40
••
'º •
•
20
'" •
10 •
o • 10 '" 20 20 t.l ( .. ,)
Fig. 3.7d - Laje L2 - direção 2
46
Pressõo (MPo)
40
o 5 'º 20 lll (o,m)
aloJ19owa&nto a,Ídio real= 301S 111111
Fig. 3.7e - Laje L3 - direção l
"º"'"'"'! 35
30
o • 10
olonqa11"11nto Médio nol s~lc,6,c,5"'"'"-"-ª--1--
47
Fig. 3.7f - Laje L3 - direção 2
15
Fig. 3.7 - Alongamentos de protensão
20 ••
48
3.5 - CARACTER1STICAS FlSICAS DOS MATERIAIS
3.5.1 - Concreto
O quadro 3.3 apresenta os valores mêdios da re
sistência a compressão, resistência ã tração e módulo de defor
mação longitudinal tangente ã origem do concreto de cada laje,
na idade correspondente a realização do ensaio.
A resistência a tração foi determinada atravês
do ensaio de compressão diametral, de um corpo de prova cil1n-2.P drico, pela expressão fct = 0,85 rrdl
Onde:
fct ~ resistência a tração do concreto
P - carga aplicada
d - diâmetro do corpo de prova
- comprimento do corpo de prova
49
QUADRO 3.3 - Caracterlsticas flsicas do concreto
fcc ( MP a) fct ( MP a) Ec0
(MPa) IDADE (DIAS)
Laje L l 3 2, l 2,8 23800,0 76
Laje L2 23,4 2, 5 24000,0 42
Laje L3 l 9, 5 2 , l 22200,0 37
Os diagramas tensão-deformação mêdios sao apre
sentados na Figura 3.8 .
...... r 15 t
10
Ice= 32,1 MPa
fct = 2,8 MPa
Eco= 23800 MPa •
o º·" 1,0 1,0 €.111é'dio (%o)
Fig. 3.8a - Laje L l
50
'f(MPa)
10
fcc= 23,'I MPa
fct= 2,5 MPa
Eco, 2'10 00 MPa
o 0,5 ,,o 1,5 Emtidlo(%o)
Fig. 3.8b - Laje L2
51
'í ( M Po)
10
fcc= 19,6 MPa
f ct = 2, 1 M Pa
Eco= 22200 MPa •
o 0,5 '·º 1,5 E.médio(o/oo)
Fig. 3.8c - Laje L3
Fig. 3.8 - Diagramas te~são-deformação do concreto
3. 5.2 - Aço Passivo
Foram ensaiadas ã tração amostras dos aços CA-50A
e CA-50B. Os valores estão agrupados no quadro 3.4. Os diagraa
mas tensão-deformação mêdios estão apresentados na
3. 9.
Figura
52
QUADRO 3.4 - CaracterTsticas dos aços passivos
AÇO <P <P AREA f ~e fr t Er ts pol cm cm 2 MPa '%o MPa 0/oo MPa
CA-50A 1/2 l . 2 7 l . 2 7 488 2 . 1 814 90,0 2,lxl0 5
CA-50B 1/4 O. 63 0.32 566 4,7 824 - 2,lxl0 5
As amostras de aço foram ensaiadas â tração na
mâquina de ensaios Amsler com capacidade de 100 kN e as defor
maçoes das barras foram medidas com extensômetro mecânico Ams
ler. A deformação de ruptura, Er' foi tomada na zona de estric
çao em um comprimento de aproximadamente 10 diãmetros.
i (MPa)
1000
000
o 10
Fig. 3.9a - Aço t 1/2"
•
fy= 4BBMPa
Es= 2,lxlo' MPa
20 3o E (%oi
'f(MP•)t
IOOO
000
a •
Fig. 3.9b - Aço q, 1/4"
53
•
10
fy: 566 MPa
• Es • 2 ,1 x I O M Pa
'"
Fig. 3.9 - Diagramas tensão-deformação dos aços passivos
3.5.3 - Aços de Protensão
e <%o)
Para fazer o ensaio ã tração do aço de protensão
com a finalidade de se obter as caracter1sticas fisicas deste
aço, foi feita uma montagem reproduzindo o sistema de proten
são utilizado na laje.
A montagem do ensaio e a apresentada na Figura
3. 1 O.
o
" ..
/ (
\
••
" \ J
/
~ p
o "' o ..
54
e ,1•·
li D
CORTE AA
C0RD0ALHA
BLOCO OE ANCORAGEM
CONE MACHO DE ANCORAGEM
D[ FIXAÇÃO AS GAIIRAS
DA MAQUINA DE ENSAIO AMSLER.
d·imensões em mm Fig. 3.10 - Montagem do ensaio a tração do aço de pretensão
55
Utilizando essa montagem foram ensaiadas 4 (qua
tro) amostras das cordoalhas utilizadas nas três lajes, obten-
do a carga de ruptura. Em duas amostras foram colocados três
extensômetros elétricos de resistência com base de 2 mm para
se obter a curva tensão-deformação do aço de protensão.
O quadro 3.5 fornece os valores das caracteristi
cas fisicas do aço de protensão.
QUADRO 3.5 - Caracteristicas fisicas do aço de protensão
AÇO <P po 1 <P cm fr MPa Ep MPa
RB-190 1 / 2 l , 2 7 1 69 7, O 2,0 X 1 Ü 5
O diagrama tensão-deformação do aço de protensão
estã apresentado na Figura 3. 11.
a
(MPa)
1. 800
1. 600
1. 400
1. 2 00
1. ªºº 800
600
400
200
l 2 3
56
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 E (ºloo)
Fig. 3.11 - Diagrama tensão-deformação do aço de protensão
3.6 - INSTRUMENTAÇAO
No inicio do ensaio e apos cada acréscimo de car
ga foram efetuadas medições visando a determinação das seguin
tes grandezas:
3.6.l - Flechas
As flechas foram medidas em quatro pontos por d~
f1 etômetros mecânicos ;rarca Hu~gen~erger com sensibilidade de 0,1 mm.
57
A Figura 3. 12 mostra a localização dos defletôme
tros para as diversas lajes.
\
4
X'
o •• o e e Oir•ção 2
\
D
DE FLETOMET ROS
3
Fig. 3 .12 - Localização dos defl etômetros
3.6.2 - Deformação do Concreto
2
2X
Foram medidas as deformações nas faces inferior
e superior das lajes, nas direções transversalse longitudinal
para se obter as deformações na região onde se formaria o cone
de ruptura.
58
Para a medição destas deformações foram utiliza
dos extensõmetros el~tricos de resist~ncia {EER) com uma base
de 30 mm.
As disposições dos EER sao mostradas na
3 . l 3.
4
o 'º ~ ~ ê Direção 2
J.1
111
(10
,. 20
13
• J. 4 .1
~-4DFi! ·r
• T• -r- T•
19 r- -
50 50
3
Fig. 3.13 - Localização dos EER
.!!
151
'" I
"I
!!
Cotas em mm
figura
2
59
Os EER de numeras de l a 4 estão localizados nas
faees inferiores das lajes e os demais estão na face superior.
3.6.3 - Fissuração
A medida da abertura de fissuras no concreto foi
realizada com o fissurômetro.
60
CAP1TULO IV
ANÃLISE DOS RESULTADOS
4.1 - RESULTADOS EXPERIMENTAIS
4.1.1 - Cargas Aplicadas
Os quadros 4.1, 4.2 e 4.3 apresentam, para cada la
je, a carga aplicada por cada cêlula de carga e a carga
aplicada no pilar, em todas as etapas de carregamento.
total
QUADRO 4.1 - Cargas aplicadas pelas cêlulas de carga - laje Ll
ETAPAS P1 (kiJ) P2 (k~1) P3 (krl) P4(kN) Pt(kN)
1 24,0 25;0 23,0 24, O 9 6, O
2 45,0 52,0 51, O 49,0 1 9 7, O
3 57,0 64,0 63,0 61 , O 245,0
4 70,0 73,0 79,0 72,0 294, O
5 81 , O 84,0 90,0 83,0 338,0
6 88,0 95,0 98,0 94,0 375,0
61
QUADRO 4.2 - Cargas aplicadas pelas células de carga - laje L2
ETAPAS P1 (kM) P2(krJ) P3(kN) P4 (kN) Pt(kN)
l 24, O 2 6 ,O 26,0 25,0 l 01 , O
2 48 ,o 49 ,o 4 9, O 4 7 , O l 9 3 ,o
3 61 , O 59 ,o 62 , O 5 7 ,o 2 39 ,O
4 6 5 ,o 6 5 ,o 67 ,o 63 , O 260,0
5 7 4 , O 7 4 , O 77 ,o 7 2 ,O 29 7 ,o
6 7 6 , O 80,0 82 , O 7 7, O 31 5 , O
QUADRO 4.3 - Cargas aplicadas pelas cêlulas de carga - laje L3
ETAPAS P1(kN) P 2 ( kN) P3(UI) P4 (kN) Pt(kN)
l l 6 , O l o 'o l 5 , O lo 'o 51 , O
2 3 2 ,o 2 O ,o 30,0 2 O, O 102.0
3 4 6 ,o 28 ,o 4 3 , O 28, O 145 ,o
4 54 ,O 3 2 , O 48, O 33 ,o l 6 7 , O
5 61 , O 38 ,o 53 , O 3 9 , O l 91 , O
6 66,0 43 , O 57 ,o 4 3 ,o 2 09 ,o
7 55,0 5 O , O 4 7 ,O 50 , O 202, O
8 70,0 5 2 , O 53 ,o 60, O 23 5 ,o
Pelos resultados fornecidos nos quadros 4. l, 4.2
e 4.3, pode-se adiantar as seguintes considerações:
l. No ensaio da laje Ll (quadro 4. l ), houve um desequilibrio das
cargas aplicadas nas quatro células de carga.
62
2. Na aplicação das cargas no ensaio da laje L2 (quadro 4.2),ho~
ve um melhor equil1brio, resultando em cargas aproximadamente
iguais nas quatro celulas de carga, em todas as etapas do
carregamento.
3. No ensaio da laje L3 (quadro 4.3) foram aplicadas cargas di
ferentes nas duas direções da laje.
4.1.2 - Fissuração
Nos ensaios das três lajes, as aberturas de fissu
ras foram lidas nas primeiras etapas apõs a fissuração de cada
laje. Quando a laje se encontrava prÕxima da ruptura, esta leitu
ra foi suspensa por motivo de segurança.
O desenvolvimento das fissuras, para cada laje,foi
o seguinte:
1. Laje Ll - Na etapa 2 surgiram as primeiras fissuras radiais.
Na etapa 3 começaram a surgir algurns fissuras circulares e as
radiais aumentaram bastante. Nas etapas seguintes foram sur
guindo novas fissuras radiais e circulares e as jã existentes
foram se extendendo e abrindo cada vez mais.
2. tlaje L2 - As primeiras fissuras tambem surgiram na etapa 2,
a maioria delas eram radiais, mas jã se notava o aparecimento
das primeiras fissuras circulares, sendo estas ainda pouco vi
s1veis. Na etapa 3 a laje jã estava bastante fissurada e as
63
fissuras circulares eram bem visiveis.
3. Laje L3 - O aparecimento de fissuras se deu na etapa 2, sendo
a maioria delas radiais, mas jâ se notando algumas fissuras
circulares . Na etapa 3, as fissuras circulares eram bem visi
veis.
A configuração das fissuras estão apresentadas nas
figuras 4. l, 4.2, 4 . 3 e 4.4.
Fig. 4.1 - Configuração das fissuras - laje Ll
64
Fig. 4.2 - Configuração das fissuras - laje Ll
Fig. 4.3 - Configuração das fissu~as - laje L2
65
Fig. 4.4 - Configuração das fissuras - laje L3
Como pode-se notar, em todas as lajes surgiram prl
meiro as fissuras radiais . Estas fissuras surgiram sempre na re
gião próxima ao pilar.A medida que a carga foi aumentando, elas
se estenderam para os bordos das lajes.
As fissuras circulares surgiram para cargas mais
el evadas e estas são as que formam o cone de ruptura de puncion~
mento.
Devido ao grande acréscimo de carga por etapa, não
se pode tirar com precisão a carga de fissuração.
O quadro 4.4 apresenta, para cada laje, as cargas
de fissuração apro ximadas.
66
QUADRO 4.4 - Cargas de fissuração radial e circular
p ( kN) fiss,rad Pfiss,rad/Pu
p ( k N) fiss,circ
p . . / Pu f1ss,c1rc
~aje L 1 l 9 7, O O, 53 24 5, O 0,65
Laje L2 193,0 O, 61 193,0 O, 61
Laje L3 l O 2, O 0,42 l O 2, O O, 4 2
A carga de fissuração de lajes protendidas pode
ser estimada, a partir dos resultados das lajes ensaiadas cons
tantes no quadro 4.4, num valor em torno de 0,55 da carga de ru~
tura por puncionamento.
4.1.3 - Flechas
As curvas carga-flecha sao apresentadas nas figu-
ras 4.5 a 4.7.
Todas as curvas carga-flecha sao caracterizadas por
uma grande inclinação inicial. Apõs a fissuração, a inclinação
decrescente da curva mostra uma perda da rigidez da laje.
Observando-se as curvas da figura 4.5, nota-se que
a curva do ponto l, a partir da etapa 2 de carregamento, começou
a apresentar uma inclinação bem menor do que a curva do ponto 3.
Isso aconteceu devido ao fato que nessa etapa, a célula de carga
3 (ver quadro 4. 1) começou a aplicar carga bem maior do que a c~
lula de carga l, levando a flechas maiores no ponto 1 e menores
no ponto 3.
67
P(,N)
30
200
o 'º 20 30 40
Fig. 4.5 - Carga-flecha - laje Ll
CONVENÇÃO;
0 - PONTO 1
X-PONT02
\] - PONTO 3
D- PONTO •
POSIÇÀO DOS PONTOS
• 4"1c::D 3
8 D
2
50 60 f(mm)
68
P(tN)
400
30 0
200
f I
100
' ' 1
o 10 20 30
Fig. 4.6 - Carga-flecha - Laje L2
40
CONVENÇÃO:
0- PONTO 1
X- PONTO 2
\] - PONTO 3
O-PONTO •
POSIÇÃO DOS PONTOS
. +c:c:J 3
B D GI co 2
so 60 f(mm)
69
P(kN)
400
300
200
100+
1 1
/''
o 'º 20 30
Fig. 4.7 - Carga-flecha - Laje L3
40
CONVENÇÃO:
0 - PONTO 1
)(_ PONTO 2
\l - PONTO 3
D- PONTO 4
POSICÃO DOS
4 fo:::J
G D
LL]
"º
PONTOS
3
GI 2
60 f(mm)
70
Na figura 4.6 (laje L2), os quatro pontos aprese~
taram a mesma curva carga-flecha. As cargas nas quatro cêlulas
de carga (ver quadro 4.2) e a tensão de protensão nos dois senti
dos da laje foram aproximadamente iguais, ocorrendo assim fle
chas iguais nos quatro pontos.
A figura 4.7 (laje L3) apresenta curvas carga-fle
cha aproximadamente iguais nos quatro pontos de medição. No en
saio desta laje, as cargas aplicadas pelas cêlulas de carga, nas
duas direções, foram diferentes (ver quado 4.3). No entanto as
tensões de protensão nas duas direções da laje tambêm foram dife
rentes.
Para comparar as flechas nas três lajes foram fei
tas as curvas carga-flecha da figura 4.8. Analisando-as observa
se que a laje Ll apresentou maior rigidez. Isso se deve ao fato
da resistência do concreto e a tensão media de protensão nas
duas direções terem sido maiores. A laje L3 apresentou menor ri
gidez e nesta laje a resistência do concreto foi menor que nas
outras duas.
4. l. 4 - Deformações
As figuras 4.9 a 4. 14 apresentam as curvas carga
deformação na face inferior das três lajes. Nesta face, em to
das as etapas de carregamento, foram observados encurtamentos re
]ativos em todos os pontos de medição.
71
p (kN)
•
CONVENÇÃO:
o LAJE LI
>< LAJE L2
o LAJE L3
2
POSIÇÃO DOS PONTOS
100 . +D::] 3
B D G 1
1 u:::::J 2
o 10 20 30 40 00 "º f(mm)
Fig. 4.8 - Carga-flecha -lajes Ll, L2 e L3
72
A figura 4. 15 apresenta as curvas carga-deformação
tangencial nas faces inferiores das três lajes.
A figura 4. 16 apresenta as curvas carga-deformação
radial nas faces inferiores das três lajes.
Nas curvas das figuras 4. 15 e 4. 16, os valores das
deformações das lajes Ll e L2 são as medias das deformações medl
das nos quatro pontos indicados. Para a laje L3, a qual tinha
tensão de protensão diferente nas duas direções, foi traçada a
curva para cada direção, nas quais os valores das deformações
são as medias das deformações medidas nas respectivas direções.
As figuras 4.15 e 4.16 mostram que a laje Ll apre
senta, para uma mesma carga, deformações radiais e tangenciais
menores que as lajes L2 e L3. Isso se deve ao fato da laje Ll
realmente apresentar uma maior rigidez. A laje L3 e a de menor
rigidez apresentando os maiores valores experimentais de deforma
çoes.
No quadro 4.5 sao apresentados os valores mãximos
das deformações radiais e tangenciais nas faces inferiores das
lajes.
! '
73
QUADRO 4.5 - Deformações radiais e tangenciais mãximas nas faces
inferiores das lajes Ll, L2 e L3
o cTmãx( /ool
o cRmãx( /oo)
Laje Ll - 2 , 1 - l , 5
Laje L2 - 1 , 4 - 1 , 2
Laje L3 1 , 6 - 1 , 3 (Direção 1 ) -
Laje L3 - 2,0 - 1 , 6 (Direção 2)
Da anãlise do quadro 4.5, pode-se observar que as
deformações tangenciais mãximas, nas três lajes, foram maiores do
que as deformações radiais mãximas.
As figuras 4. 17 a 4.30 apresentam as curvas carga
deformação nas faces superiores das lajes. Em todos os pontos fQ
ram observados alongamentos relativos e a maioria das curvas mos
traram uma reversão da deformação. Este fenômeno possivelmente
ocorreu devido ao desenvolvimento de fissuras que provocaram um
alivio local de tensões.
As deformações, de um modo geral, cresceram pouco
nos primeiros incrementas de carga, passando a aumentar bem mais
rãpido apõs o aparecimento das fissuras e tendendo a diminuir
quando as lajes jã se encontravam bastante fissuradas, prõximas
ã ruptura.
74
P ( k N)
400
300
200
'ºº
- 3 - 2 _, o + 1
Fig. 4.9 - Carga-deformação - laje Ll
CONVENÇÃO:
0 - PONTO 1
X-PONTO 2
'v- PONTO 3
D-PONTO •
POSIÇÃO DOS
4'IT:J
8 • 11õ 1 •
ã
u:::::J
+2
PONTOS
8
+ 3 EC%o>
75
400
300
200
100
1)
1.1
- . -2 -1 o +1
Fig. 4.10 - Carga-deformação - laje L2
CONVENÇÃO:
0 - PONTO t
X- PONTO 2
'\]- PONTO 3
O-PONTO •
POSIÇÃO DOS PONTOS
fCCJ !G
!.
G ir o,• .-
1 1
CL] 1
+2 + 3 €(%o)
76
P(kN)
400
'ºº
200
100
- . -2 _, o
F i g • 4 . 11 - Carga - d e formação - 1 a j e L 3
+,
CONVENÇÃO:
0 - PONTO
X- PONTO 2
'\J - PO•TO 3
O - PONTO 4
POSlÇAO DO:! PONTOS
G
+2 +. ...
E(%o)
77
, .. ) 400
300
200
100
-3 -2 -1 o +1
F i g . 4 . 1 2 - Carga -d e formação - 1 a j e L 1
C O NVE NÇÀO:
O - PONTO
X-PONTO 2
v'- PONTO 3
O- PONTO 4
POSIÇÃO DOS PONTOS
+CCJ G
• G ' '-c;i-•
•
Q::J
+2 + 3 E<%ol
78
400
300 CONVENÇÃO:
0 - PONTO 1
X - PONTO 2
\}- PONTO 3
0- PONTO 4
200
POSlÇAO DOS PONTOS
100
1 G
• 1
•-D-• l G
,'I 1/1
- 3 -2 _, o +• +2 + 3 €(%o)
, Fig. 4.13 - Carga-deformação - laje L2
79
P(oN)
400
+ 300
200
100
- 3 - 2 -, o +I
Fig. 4.14 - Carga-deformação - laje L3
CONVENCÃO:
0 - PONTO 1
X-PONTO 2
'\l- PONTO 3
O-PONTO 4
POSIÇÃO DOS PONTOS
+ D::]
G •
G, 1-Ó-11 1
1
co
+2
- 3
80
P{kN)
400
300
200
100
-2 -1 o +I
CONVENÇÃO:
X - LAJE LI
y'-LAJE L2
0- LAJE L3 ( Direção 1)
0 - LAJE L3 ( Olreç6o 2)
POSIÇÃO DOS PONTOS
G
+2
• 1 101•
"i
+3
Fig. 4.15 - Carga-deformação -lajes Ll, L2 e L3
E (º.4e)
81
P(,N)
400
'ºº
200
100
- . -2 -1 o +1
CONVENÇAO'.
X- LAJE LI
'\J- LAJE L2
0- LAJE LO (Oireçcfo 1)
0 - LAJE LO { Direçdo 2)
POSIÇÃO DOS PONTOS
+ 2
• 1 •-D-s
1 • G
+ > Et%ol
Fig. 4.16 - Carga-deformação - lajes L 1, L2 e L3
82
P(kN)
400
300
200
'ºº
- 3 -2 _, o +1
Fig. 4.17 - Carga-deformação - laje Ll
CONVENÇÃO:
o - PONTO
X - PONTO
9- PONTO
o- PONTO
POSIÇÃO DOS PONTOS
.!.
,1 D 11 .. G
• 6
1
•
+ 2 + ?i E(%ol
200
100
- 3 -2 -, o
1 I
83
P(kN)
400
300
Fig. 4. 18 - Carga-deformação - laje L2
+1
CONVENÇÃO:
X - PONTO •
'\]- PONTO 7
O-PONTO •
POSIÇÃO DOS PONTOS
.! D ,,
• G G
+2 ... 3 EC%ol
84
P[kN)
400
300
'ºº
-3 -2 _, o +1
Fig. 4. 19 - Carga-deformação - laje L3
CONVENÇÃO:
0 - PONTO 5
X- PONTO •
'\J- PONTO 7
O- PONTO •
POSIÇÃO DOS PONTOS
G
+2
!.
li o t, .. G
+3 E!%ol
85
P(,N)
400
300
200
100
- 3 - 2 -1 o
Fig. 4.20 - Carga-deformação - laje Ll
+I
CONVENÇÃO:
0 - PONTO e X- PONTO g
\]- PONTO 7
0- PONTO 8
POSIÇÃO DOS PONTOS
+c:::u 8 ·- ~ -, G
+ 2 + 3 E<%o)
86
P(..,)
400
300
200
100
- 3 - 2 -1 o +1
Fig. 4.21 - Carga-deformação - laje L2
CONVENÇÃO:
O - PONTO 5
X - PONTO 6
\] - PONTO 7
0 - PONTO 1
POSIÇÃO DOS PONTOS
• 1 ·- o _, 1 •
+2 + 3
87
P(kN)
400
300
200
'ºº
-2 -, o
Fig. 4.22 - Carga-deformação - laje L3
+,
CONVENÇÃO:
O - PONTO S
X-PONTO e
':::J - PONTO 7
O-PONTO e
POSIÇÃO DOS PONTOS
'- D -' 1
•
+2 €(%o)
88
P(ü1)
400
300
CONVENÇÃO:
O - PONTO 10
X- PONTO 16
200
POSIÇÃO DOS PONTOS
100
- ' -2 -1 o +• E(%ol
Ffg. 4.23 - Carga-deformaçio - laje Ll
89
P(.N
400
'ºº
zoo
100
11 .1
/
- 3 -2 -1 o +•
Fig. 4. 24 - Carga-deformação - laj;e L2
CONVENçÃO:
0- PONTO
X-PONTO
'\J - PONTO
0-•0NTO
10
13
ie 19
POSIÇÃo DOS PONTOS
+c::o ;;
G 1 D 1 B 'º " !!
[TI
+• +• E<%ol
90
P(kN)
400
300
200
100
-3 -1 o +1
Fig. 4.25 - Carga-deformação - laje L3
CONVENÇÃO:
0 -PONTO
X-PONTO
'\J - PONTO
O- PONTO
10
13 .. 1•
POSIÇÃO DOS PONTOS
-pCCJ "
G 1 o 18 " •• !!
o::J
E<%.I
91
P(kN)
400
300
CONVENÇÃO
0 -PONTO • x_ PONTO li
200 ':;J -PONTO 10
D-PONTO 17
POSIÇÃO DOS PONTOS 100
fCCJ '" .. 1
G o ~ ,. "' Q::J
-· -2 -1 o +1 +3 E<%ol
Fig. 4.26 - Carga-deformação - laje Ll
92
P ( kN)
400
300
CONVENÇÃO
0- PONTO 9
X-PONTO 11
200 \J-PONTO ,. O- PONTO 17
POSICÂO DOS PONTOS 100
-· -• _, o +• f..(%0)
Fig. 4.27 - Carga-deformação - laje L2
93
400
300
200
100
-• -2 -1 o
Fig. 4.28 - Carga-deformação - laje L3
CONVENÇÃO:
0 - PONTO 9
X- PONTO li
':;J- PONTO IS
0 - PONTO 17
POSIÇÃO DOS PONTOS
.'.p-o:::J
B , .. "t
G o t• "'
CD
+• +• f(%o)
94
P(tN)
•oo
300
200
100
-3 -2 -, o +,
Fig. 4.29 - Carga-deformação - laje L2
CONVENÇÃO:
0 - PONTO 12
X- PONTO 14
\?-PONTO 18
POSIÇÃO DOS PONTOS
~~ li. ••
D G t!> ,.
+2 +• €.(%o)
95
P(kN)
400
300
CONVENÇÃO:
O - PONTO 12
X- PONTO 14
\J- PONTO 18 200 O- PONTO 20
POSIÇÃO oos PONTOS 100
+u::J ;; ;.
G D G !!! !!
Cu
-3 -2 -, o +, + :! ((%o)
Fig. 4.30 - Carga-deformação - laje L3
96
Observando-se as figuras 4.17, 4.19, 4.20 e 4.22,
que forneceram as deformações radiais e tangenciais nas faces su
periores das lajes Ll e L3, em pontos próximos ao pilar, nota-se
que as deformações na direção tangencial são maiores que na dire
çao radial, o que justifica o in1cio da fissuração com as fissu
ras radiais, sõ surgindo as fissuras tangenciais para incremen
tos de carga maiores.
4.2 - CARGAS DE RUPTURA
Para avaliação das cargas de ruptura foi consider~
da a força de protensão atuante no dia da realização do
de cada laje.
. 4.2.1 - Tensão Inicial de Protensão
ensaio
A tensão inicial de protensão foi determinada a
partir dos alongamentos por ocasião da protensão (figura 3.7).
Variou-se a tensão de protensão nas três lajes,
a fim de se estudar a influência deste parâmetro no puncionamen
to. Nas lajes Ll e L2 foi aplicada a mesma tensão nas duas dire
ções. No entanto, para a laje L3 foi aplicada tensões diferentes
nas duas direções.
O quadro 4.6 fornece, para cada laje, a tensão de
protensão mêdia medida. Para as cordoalhas que ainda se encontra
vam no regime elãstico (direção I e II da laje L2 e direção II
97
da laje L3), essas tensões foram calculadas atravês da formula
la.71 (Apêndice A) a partir do alongamento medico na ocas1ao da
nrotensão. Para as cordoalhas e~ reQi~e nlãstico, a tensão de
protensão inicial aplicada foi estimada atravês da curva
são-deformação da cordoalha (figura 3. 11).
QUADRO 4.6 - Tensões de protensão mêdias medidas
(J •
~l ( Mp ) a
DIREÇ/10 l DIREÇAO
Laje Ll 1580,0 1580,0
Laje L2 1191,0 1132,0
Laje L3 1565,0 1007,0
4.2.2 - Tensão de Protensão no Dia do Ensaio
ten-
2
As perdas de tensão de protensão foram calculadas
de acordo com as fÕrmulas apresentadas no Apêndice A.
Os cãlculos das perdas foram feitos para uma seçao
no meio da laje, ou seja, onde estã situado o pilar. As perdas
diferidas foram calculadas em um tempo t, apõs a protensão, cor
respondente ã idade do concreto no dia do respectivo ensaio.
O quadro 4.7 apresenta as perdas imediatas, diferi
das e a tensão final de protensão das lajes Ll, L2 e L3.
98
QUADRO 4.7 - Perdas imediatas, diferidas e tensão final de pro
tensão para as lajes Ll, L2 e L3
,---LAJE Ll LAJE L 2 LAJE L3
Perdas por atrito (MP ) a l 08, 4 94,2 l 2 3, 6
Perdas pordesl. ancoragem ( MP ) a 2 71 , 2 307,5 l 6 7, 9
DIREÇJ'iO l Perdas diferidas ( MP a) ·-
67,8 14,6 55,4 ·-
a pf - ªpi - i\a(llra) 11 32, 6 776,8 1218,l
·-Perdas por atrito ('hP ) a 108,4 89,4 79,7
·-Perdas pordesl. ancoragem ( t·Jp ) 2 71 , 2 400,4 l 69 , 4
DIREÇJ'iO 2 . a
Perdas diferidas ( hp ) 67,8 l 2 , O l 7, 7 a
a = ªpi - i\a(MPal 1132,6 63 O, l 7 4 2, 8 pf
4.2.3 - Comparação de Resultados
No quadro 4.8 encontram-se os valores teõricos e
experimentais das cargas de ruptura por puncionamento,
pondentes ãs lajes ensaiadas. A anãlise destes valores
fazer as seguintes considerações:
- Sobre o AC I ! 4 I
corres
permite
O Comitê ACI-ASCE 423 l 41 recomenda limitar a ten
sao cisalhante Ültima por uma equação que contêm uma parcela fu~
çao da resistência ã compressão do concreto e uma outra parcela
função da menor tensão de protensão.
QUAD~Q_:!_~~ - Cargas de ruptura
1
CARGAS DE RUPTURA --e
EXPERIMENTAL TEÕRICAS ( kN) LAJES P e ( kN) HJíRTT et ACI STUP NB-1* C EB * al* LEONHARDT*
--p P / P e p P/Pe p p / p
e p . p / p p P / P e p P/Pe e ··--- -·---
Ll 374,5 283,0 0,76 2 83, O Ll , 7 6 210,0 0,56 23 2 ,O O, 62 3 O 5 ,8 O , 82 31 O , O O ,83 ~- -- -- ·-•·
L2 31 5, O 2 51 , e O, 80 2 51 , O O, 8() 21 6 ,O 0,68 220,0 O , 70 2 7 3, O 0,87 260,0 O ,83 -· ------
L3 245,0 245,0 l , 00 245,011,00 197, 5 0,811190,0 0,78 24 9 , O 1 , O 1 2 2 O ,o O, 90
* Não e considerada a influência da protensão no cãlculo da carga de ruptura por puncionamento.
100
Os resultados calculados atraves dessa norma de-
ram prÕximos dos obtidos experimentalmente. Sendo que, para as
lajes Ll e L2, as cargas teõricas segundo o AC! foram, respecti
vamente, 24% e 20% menores do que as cargas de ruptura experime~
tais e para a laje L3, o valor de cãlculo da carga de ruptura foi
igual ao experimental.
- Sobre as recomendações da STUP 12 º1
A STUP recomenda um metodo de dimensionamento para
lajes protendidas, igual ao do Comite ACI-ASCE 423 14 !.
- Sobre a NB-1/1978 11
1
Esta norma nao considera a influencia da protensão
no dimensionamento de lajes protendidas, mas mesmo assim foi fei
ta esta comparação.
O dimensionamento baseia-se na hipõtese que a for
ça cortante se distribui uniformemente na ãrea 1 imitada pelo pe
r1metro cr1tico (up.d), sendo a tensão cisalhante uma função de
;---ç.
As cargas teõricas das lajes Ll, L2 e L3 obtidas
atraves desta norma foram, respectivamente 44%, 32% e 19% meno
res do que as obtidas experimentalmente.
1 O 1
- Sobre o CEB/1978 1 ªI
Nas recomendações do CEB/1978 nao ê considerada a
influência da pretensão no cãlculo da carga de ruptura por pun
cionamento, mas mesmo assim foi feita esta verificação.
A tensão cisal hante ê 1 imitada por uma equaçao
que ê função da resistência ã compressão do concreto, da altura
Ütil da laje e da armadura passiva.
As cargas teõricas das lajes Ll, L2 e L3, calcula
das de acordo com estas recomendações foram, respectivamente,
38%, 30% e 22% menores do que as cargas obtidas experimentalmen
te.
- Sobre Marti et al 116 !
As cargas teõricas obtidas através deste mêtodo
deram prÕximas das experi~entais ~endo que as das lajes Ll e L2
foram, respectivamente, 18% e 13% menores do que as cargas expe
rimentais. A carga teõrica da laje L3 foi igual ã carga experime~
ta 1 .
- Sobre F. Leonhardt - E. M~nning l'ªI
Neste mêtodo de cãlculo, a laje ê decomposta em
setores formados pelas fissuras radiais e tangenciais. A carga de
ruptura por puncionamento ê calculada através do equilibrio dos
l 02
esforços atuantes nestes setores. r tambêm considerada a armadu
ra passiva.
As cargas teõricas para as lajes Ll, L2 e L3 fo-
ram, respectivamente, 17%, 17% e 10% menores do que as cargas ex
perimentais.
- O numero rleduzido de ensaios e o numero de parãmetros que va
riaram nos ensaios impossibilitam uma anãl ise com conclusões de
finitivas sobre o assunto.
No que diz respeito a comparaçao dos
teõricos com os experimentais pode-se afirmar que:
resultados
l. A norma do AC! 14 1 (e por conseguinte o mêtodo da STUP 120 1),
e os mêtodos propostos nos trabalhos dos autores Marti et al
l '61 e Leonhardt e Monnig l '31 forneceram resultados bastan
te satisfatõrios.
2. Baseado nas comparaçoes realizadas no quadro 4.8, verifica-se
que as normas CEB/1978 lªI e NB-1/1978 1 'I forneceram resulta
dos conservativos.
Como jã foi dito anteriormente ê imposs1vel evi-
denciar a influência da protensão no puncionamento de lajes pro
tendidas, com base nos resultados dos ensaios realizados. Isto
porque a dimensão do pilar e a resistência ã compressão do con
creto não foram mantidas constantes de ensaio para ensaio.
103
Visando, mesmo assim, apresentar elementos para
uma anãlise posterior mais aprofundada da influência destes pa
râmetros foi feito o quadro 4.9. Neste quadro são apresentados
para as lajes ensaiadas as dimensões dos pilares, a resistência ã
compressao do concreto, a tensão de protensão, as cargas de pun
cionamento experimentais e as cargas de puncionamento experimen
tais reduzidas. Uma destas cargas de puncionamento reduzida e
traduzida pela relação entre os valores experimentais da carga
de ruptura por puncionamento e o produto do perimetro critico p~
la a resistência ã compressão do concreto. A outra o denomina
dor desta relação contêm o produto do perimetro critico pela
raiz quadrada da resistência ã compressão.
QUADRO 4.9 - Dimensões dos pilares, resistência ã compressão do concreto, tensão de protensão,
Pe' Pe/JJp.fcc e Pe/µp.~ para as lajes Ll, L2 e L3
(unidades: N e mm)
11:.NSOES DE Pe Pe
LAJES DIMENSÕES DOS RESIST.l\ COMP. PROTENS/(O Pe PILARES DO CONCRETO d~--+
d.JJp, / f-c c DIR. 1 DI R. 2 p c ç_
Ll 1 50 X 1 50 3 2, 1 1132,6 1132,6 374500 0,090, 0,54 --t- '
L2 200 X 200 23,4 776,8 63 O, 1 315000 O, 09 O O 44 ' .
L3 200 X 200 1 9, 5 1218,l 742,8 245000 O , O 8_5 0,38 --
--
105
Os resultados da coluna Pe/µp.fcc do quadro 4.9 su
gere a proporcionalidade entre a carga de ruptura Pe e a resis
tência a compressão do concreto. Ainda baseado nestes resultados,
a tensão de protensão não influenciaria na carga de ruptura.
Por outro lado, convem acrescentar que uma anãl ise
do quadro 4.8 atravês das comparações dos resultados teõricos
(norma do ACI) e experimentais levaria a se admitir que a prote~
são influencia, juntamente com a resistência ã compressão do con
ereto, na carga de ruptura por puncionamento. No entanto, uma
conclusão definitiva não pode ser apresentada não sõ pelo numero
reduzido de ensaios e pelo numero de parãmetros que variaram
nos ensaios, mas também por não ter sido realizado um ensaio de
uma laje não protendida.
4.3 - MODOS DE RUPTURA
As figuras 4.31, 4.32, 4.33, 4.34 e 4.35 apresen
tam as lajes apõs a ruptura.
106
Fig. 4.31 - Ruptura - laje Ll
Fig. 4.32 - Ruptura - laje Ll
l O 7
Fig. 4.33 - Ruptura - laje L1
Fig. 4.34 - Ruptura - laje L2
108
Fig. 4.35 - Ruptura - laje L3
A ruptura das lajes foram bruscas, principalmente
da laje Ll que tinha a maior tensão de protensão nas duas dire
ções da laje.
A ruptura da laje L2 foi semelhante a da laje L3
com a laje L2 sendo submetida a uma tensão de protensão aproxim~
damente igual nas duas direções e a laje L3 com tensões de pro
tensão diferentes nas duas direções. Sendo que a menor tensão de
protensão na laje L3 era aproximadamente igual ã da laje L2.
-As figuras 4.36, 4.37 e 4.38 apresentam os ángu~os
dos troncos de cone de ruptura das lajes Ll, L2 e L3. Estes âng~
los foram determinados pelas s ua s tangentes que, por sua vez, f~
ram calc ulada s levando-se em·consideração as distâncias da face
do pilar ate a fissura principal (na ruptura) mais externa.
109
Fig. 4.36a - Direção l
Fig. 4.36b - Direção 2
Fig. 4.36 - Angulos do tronco de cone de ruptura - laje Ll
11 O
Fig. 4.37a - Direção 1
-- - 1-2~-
Fig. 4.37b - Direção 2
Fig. 4.37 - ângulos do tronco de cone de ruptura - laje L2
l l l
Fig. 4.38a - Direção l
1 1 °
Fig. 4.38b - Direção 2
Fig. 4.38 - Ãngulos do tronco de cone de ruptura - laje L3
11 2
A resistencia ao puncionamento varia com o ângulo
formado pela superficie de ruptura e o plano da laje. Quando o
puncionamento e provocado predominantemente por força concentra
da, como e o caso das lajes ensaiadas, a inclinação da superfi
cie de ruptura e de aproximadamente 30° com o plano da lajeJ"I.
Este "Compl ements au Code-Model e CEB-FIP 1978" no capitulo que
trata do puncionamento acrescenta que quando surgem outros efei
tos como caso da ''contrapressão" em sapatas de fundação este an
gulo e superior a 30°, em geral, no caso de sapatas em torno de
4 5°.
Os resultados experimentais encontrados para a in
clinação da superficie de ruptura por puncionamento coo o íllano
da laje foram em aeral infer~ores ·a 45º. Os valores
tais desta inclinação variaram de 12° a 47°.
experimen-
11 3
CAPÍTULO V
CONCLUSÕES
5,.1 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
a) O método de dimensionamento proposto pelo Comitê AC!-ASCE 423
1' 1 forneceu resultados de carga de ruptura por puncionamento
satisfatórios quando comparados com os resultados das
ensaiadas.
lajes
A STUP 1 20 1 recomenda um método de dimensionamento
para lajes protendidas sem armadura transversal igual ao aprese~
tado pelo Comitê ACI-ASCE 423 1'1·
As relações entre as cargas teóricas obtidas atra
ves deste mêtodo e as cargas experimentais (P/Pe) variaram entre
0,76 e 1,00.
b) O dimensionamento segundo as Normas Brasileiras NB-1/1978
1 'I, para o caso das lajes protendidas ensaiadas, conduziu a
resultados conservativos.
As relações P/Pe' para este método de dimensiona
m e n to , v ar i ar a m entre O , 5 6 e O , 81 .
c) O dimensionamento segundo as recomendações do CEB/1978 iªI forneceu, no caso das lajes ensaiadas, resultados conservati
vos.
114
Para este mêtodo de dimensionamento, as
P/Pe variaram entre 0,62 e 0,78.
relações
d} As cargas teõricas obtidas atraves do metodo proposto por
Marti et al 1 ' ' 1 forneceram resultados satisfatõrios.
Neste metodo, as relações P/Pe variaram entre 0,82
e l ,01.
e) As cargas obtidas atravês do dimensionamento proposto no li-
vro de F. Leonhardt e E. Monnig l '3 I forneceram resultados
satisfatõrios.
As relações P/Pe' para este metodo de dimensiona
mento, variaram entre 0,83 e 0,90.
f) Chama-se a atenção para o fato de que toda a anãlise dos re
sultados se baseou nos parãmetros obtidos nos ensaios e que
os coeficientes de segurança das diversas normas estudadas não
foram levados em conta nos cãlculos efetuados. Pode ser que
com a aplicação dos criterios de segurança, normas que eram
aparentemente menos conservadoras ve-
nham a se tornar mais conservadoras.
g) No caso das lajes ensaiadas, quanto menor a resistência a com
pressao do concreto e a tensão de pretensão, tanto maior fo
ram as relações P/Pe em todos os mêtodos de .dimensionamento
aqui utilizados.
l l 5
h) Devido ao pequeno numero de ensaios realizados e a variação
dos parâmetros que rfluenciam na carga de ruptura por punciQ
namento não se pode tirar conclusões definitivas sobre a in
fluência destes parâmetros. Mas uma analise dos ensaios reall
zados sugere a existência de uma proporcionalidade entre a
carga de ruptura e a resistência ã compressão do concreto.
A influência da protensão sã podera ser realmente verificada
com a continuação desta pesquisa.
5.2 - PROJETO PARA CONTINUAÇ~O DA PESQUISA
Para se verificar a influência da protensão na car
ga de puncionamento recomenda-se a continuação desta pesquisa
através de ensaios de lajes com as mesmas dimensões das lajes e~
saiadas, variando-se somente a tensão de protensão aplicada. Re
comenda-se tambêm o ensaio de uma laje não protendida com as mes
mas dimensões das outras, para se tirar conclusões
sobre a influência deste parâmetro.
definitivas
Recomenda-se também o estudo da influência dos se
guintes parâmetros:
- dimensões dos pilares;
- resistência a compressao do concreto;
- espessura da laje;
11 6
- armadura passiva.
Convém salientar aqui também a importância de se
estudar o puncionamento de pilares de bordo e de canto.
l l 7
APÊ'.NDICE A
PERDAS DE PROTENS/10
Para as armaduras protendidas foram considerados
os seguintes fatores que influem na diminuição da tensão dos
fios de protensão:
- às perdas instantâneas, que ocorrem durante a protensão;
- as perdas diferidas, produzidas pelo comportamento reolÕgico
do concreto e do aço.
a.l - PERDAS INSTANTIINEAS l 91, 1131, 1141
a. l. l - Perdas por Atrito
A diminuição da força de protensão inicial devi
do ao atrito entre o cabo e a bainha, segundo o CEB-FIP/1978!~1
ê dado por:
Ou seja:
Onde:
= P. 1 - e l
( a . l )
( a . 2 )
11 8
AP - perda de protensão por atrito na seçao considerada, disx
tante x do ponto de aplicação do instrumento de proten
sao.
Pi - força de protensão inicial.
µ - coeficiente de atrito entre o cabo e a bainha.
a - soma dos valores absolutos dos desvios dos cabos de pro-
tensão atê a seção considerada.
Aa - desvios parasitas dos cabos de protensão.
Px - força de protensão na seçao considerada.
No caso de cabo reto, a= O a diminuição da for
ça de protensão serã dada por:
= P.(l - e-µ õa x) l
(a. 3)
Como para qualquer seçao, a força de protensão e
dada pelas fÕrmulas (a.l) e (a.2), tem-se (Figura a.l):
J.f_ .o- ( x) dx o p
= f.f_
o
- (µ a + ;,· Õa) X
X dx (a. 4)
a . pl.
l l 9
a o = a .. e-(IJ x
px pi + µ.lla).x
Ancora;:'.i!r. ;-h;1ssi va
1 X
Fig. a.l - Tensão de protensão ao longo de um cabo de proten
sao
Ao se admitir o alongamento do aço dentro do re
gime elástico, pode-se escrever:
ff_ O (X) dx o p
Onde:
( a . 5 )
Ep - módulo de deformação longitudinal da armadura de proten
sao
~P - deformação unitãria da armadura de protensão.
6lp - alongamento da armadura de protensão.
120
Na protensão com aderência posterior, utilizan
do-se o processo Freysstnet, o alongamento lll medido na prote~
são ê o deslocamento relativo entre a face da peça e uma refe
rência no aço de protensão. Portanto, o que se mede e o along~
menta do aço somado ao encurtamento do concreto.
O encurtamento do concreto, devido ã força de
protensão aplicada ê muito menor que o alongamento do aç~ Ado-
tando-se, então, lllp = lll e igualando-se as expressões
e (a.5), tem-se:
EP.lll o . e pl
- ( 1-l a
+ 1-l X
lla)x
dx
(a. 4 )
(a. 6)
Admite-se, aproximadamente, que o cabo de prote~
sao e representado por uma rarãbola com a= v.x, sen-
do v uma constante da parãbola. A tensão inicial de protensão
na extremidade ativa, antes da cravação ê obtida pela seguinte
expressao:
1J ( V + lia)
Onde:
lll e o alongamento medido na protensão.
No caso de cabo reto (v = O), a tensão
de protensão na extremidade ativa ê dada por:
( a . 7 )
inicial
o.= Ep./!.l p l
1 21
µ /la,
- e - µ/!.a,,f_ p
a.1.2 - Perdas por Deslizamento na Ancoragem
(a. 8)
O deslizamento nos cabos durante a cravaçao do
cone macho na ancoragem provoca uma diminuição da tensão de
protensão.
As expressoes que fornecem os valores das perdas
de protensão devido aode~izamento na ancoragem foram estabel!
cidas no caso deste efeito se propagar atê uma distãncia menor
ou maior que o comprimento do cabo.
Sendo lp o comprimento do cabo e supondo o com
primento de influência menor que lp, tem-se (Figura a.2):
v,
~., e > -,. <
'" .. .. .. "' o u z ..
.....
t-- --L--+-
.u(oc+xAoC) •
_u(Oc + a 6.oc:l .. P(a) = 1'p 1 . • Ca)
ANCOIU,GEM PASSIVA
-+--- ~--~----+-
+--- _______ Jl'------- -- --- -- + Fig. a.2 - Perdas por deslizamento na ancoragem (a < lp)
'
1 2 2
ºp2 = o P( a)
- 11 J a + x e- (a-x)
(a-x)tiaJ
e-11Ja(a) + a. tia J -11 1 a + (a-x)tia J
ºp2 = o pi e ( a-x)
-µJ2a - a+ 2a tia - X tia J ( a . 9 ) ºp2 = ºpi e (a)
Para o aço de protensão trabalhando dentro do re
gime elãstico, o valor do deslizamento na ancoragem, co~forme
Figura a.2, e fornecido pela seguinte expressão:
tia=
a =
1
tia = l Ja (o
1 - o
2) dx
o p p (a.10)
Fazendo a= vx, temos:
o . pl e-11(xv+xtia) _
0 . e-11(2av-vx+2atia-xtia) dx
p l
(a.11)
Desenvolvendo a expressao (a.11 ), encontra-se:
1 ---- ln 1 + ~tia.Ep.11(v+tia)
o . (a.12)
11(v+tia) pl
t considerada a solução que fornece o comprimen
to de influencia com o sinal positivo
a = ha.Ep. 11 ( v+tia )°
---- ln 1 - / =-=-:...::.E. 11(v+tia) a . pl
(a.13)
123
No caso de cabo reto (v; O), o comprimento de
influêncta ~ dado por:
a ; ln 1 -jt, a . E p . µ. t,a'
(a.14) (J •
pl
Portanto, como se observa na Figura a.2, o valor
da perda sera dado por:
e-µx(v+t,a) 1
_e2µx(v+Mt)(l_2
/t,a.Ep.µ(v+t,a)' +
(J • p,
t,a.E .µ(v+t,a) + p ) (a.15)
(J • pl
Quando o cabo ê reto (v ; O), a perda de tensão
devida ao deslizamento na ancoragem serã dada por:
, ; a . -µx/',a 2 , /t,a.Ep.µ.t,a.' + '-'ªpx ,, p, e 1-e µxua.(1-2 .
(J • p,
t,a. E • µ.Lia· + p ) (a.16)
(J pi
Sendo o comprimento de influência calculado pela
fÕrmula (a.12) maior que l ,tem-se (Figura a.3). P·
1 t,a; ( -µx(v+t,a.)_ ft-µ(lp-x)(v+t,a.)d G • .e G O •. ,. X
P, 0-L' ' p (a.17)
o
r,
Tpi
124
_uxcJ +oo<l ~- lpi.e
.. > 1-.. ANCORAGEM PASSIVA
iL------~----------. g _u(l-•)(~+Aoc:) ~ Jplp .•
... •
•
Fig. a.3 - Perdas por deslizamento na ancoragem (a>lp)
Desenvolvendo a expressao (a.17), chega-se:
= a . pl /1.a Ep.µ(v+lla)
1 _ e-JJlp(v+lla) (a-18)
No caso de cabo reto:
= o . -pl na EP. 11 . lia
1 __ e.-JJlp. lia (a.19)
O valor da perda serã dada por:
= 0
. _ 2 ~µx'.v+lla) pl
, e -11 ( l p - x ) ( v + lia )
1-e~JJlp(v+lla)
-µf_ (v+lla) 0.(1-e P )
p1
(a.20)
l 2 5
Para cabos retos:
e-ux,f'.,a = ºpi. -
-11(l -x) ,!'-,a e p
-uf . !'-,a l - e P
- pf . ('.,a,) o.(1-e P )-p1
(a.21)
a.l .3 - Perdas por Deformaçio Instantinea do Concreto
O encurtamento do concreto produzido pela prote~
sao de determinados cabos provoca uma perda de tensio nos ca
bos jâ ancorados. Ou seja, sio perdas por deformaçio do concre
to devido a nio simultaneidade da protensio.
Para as três lajes L l, L2 e L3 nao foi considera
da esta perda por deformaçio instantânea do concreto na aval ia
çio da força de protensio no dia do ensaio das respectivas la
jes.
a.2 - PERDAS DIFERIDAS
As perdas diferidas foram calculadas para o con
creto com a idade correspondente ã data do ensaio de cada laje.
l 2 6
A.2.1 - Perdas Devidas ã Fl uêncic1 e ã Retração do Concreto e a
Relaxação do Aço Segundo o "Code-11odel e" CEB-FIP/1978
[6[,[7[e[9[
Para fluência sao vãl idos o principio da super
posição de Boltzmann-Me. Henry e a hipÕtese de que a deforma
ção de fluência ê proporcional a tensão aplicada.
A avaliação da perda total de protensão devido a
retração e a fluência do concreto e ã relaxação do aço consid!
rando a interdependência desses três fenõmenos pode ser feita
pela fÕrmula seguinte:
{:,a P,c+s+r
Onde:
= Es(t,t 0 )Ep+fiopr+af(t,t 0 )(ocg+ocpo) ( a . 2 2 )
0 e po ,n l - a l + ~(t, t0
)
ºpo
fia - perdas devidas ã fluência e a retração do concre-P,c+s+r to e ã relaxação do aço.
Es(t, t0
) - deformação relativa de retração que se desenvol
ve no intervalo de tempo (t ~ t0
).
Ep - mõdulo de elasticidade do aço de protensão.
fiopr - variação da tensão no aço de protensão (negativa)
ºcg
0 cpo
0 cpo
l 2 7
devido a relaxação atuando sozinha, o valor a ser
consfderado ê aquele que se produziri sob uma ten
são inicial.
(a.23)
- tensão inicial do aço de protensão devida a pro
tensão e outras ações permanentes.
CI. =
- coeficiente de fluência.
- tensão no concreto ao nivel da armadura de prote~
sao devida ao peso pr6prio. No caso deste traba
lho foi desprezada esta parcela.
- tensão inicial no concreto ao nivel do aço de pr~
tensão devida ã protensão.
- tensão inicial na armadura de protensão.
Na f6rmula (a.23), o valode de b o e ini-r,c+s+r
cialmente estimado (processo iterativo).
O coeficiente de fluência e determinado por:
128
[a.24)
onde:
~d - coeficiente de elasticidade diferida
- evolução no tempo da deformação elãstica dife
rida.
~f = ~fl'~fZ - coeficiente de plasticidade diferida
~fl - função do meio ambiente
~fZ - função da espessura ficticia
Sf(t)-Sf(t0
) - evolução no tempo da deformação plãstica diferi
da
O coeficiente de fluência depende principalmente:
- da umidade ambiente
- das dimensões da peça
- da composição do concreto
- da temperatura ambiente
- do endurecimento do concreto.
l 2 9
A deformação relativa de retração e dada por:
(a.25)
Onde:
E - função do meio ambiente sl
Es 2 - função da espessura fictTcia
Ss{t) - Ss(t0
) - evolução da retração ao longo do tempo.
A retração depende sobretudo:
- da umidade ambiente
- das dimensões da peça
- da composição do concreto
- da temperatura ambiente.
Os dados acima,relativos ã função de fluência e
a retração,são apresentados pelo "Code-Modêle" CEB-FIP/1978 sob
a forma de grâficos.
A variação da tensão no aço de protensão devida
ã relaxação, para um tempo infinito, ê apresentada numa tabela
do "Code-Modêle" CEB-FIP/1978 para os seguintes valores da ten
são inicial ºpo = 0,6 fptk,0,7 fptk e O,Bfptk. Para valores in
J
l 3 O
termediãrios pode ser obtida por interpolação linear.
O valor da relaxação para um tempo t 2 > 1000 ho
ras, pode ser dada por:
(a.26)
Onde:
B - coeficiente compreendido entre 0,15 e 0,25 segundo o tipo
do aço. Na ausência de indicações precisas, pode ser consi
derado igual a 0,20.
Na maioria dos casos, t 1 = 1000 horas e suficien
te para estimar a relaxação a tempos superiores.
l 31
BIBLIOGRAFIA
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