Fissuração Inclinada Prof. Eduardo C. S. Thomaz Notas de...
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Fissuração Inclinada
Estribos
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FISSURAÇÃO INCLINADA DEVIDA À FORÇA CORTANTE
Esquema da fissuração de flexão e da fissuração inclinada devida à força cortante.
a a b L
P
P
P +G/2
P +G/2
M= P . a + G.L / 8
Momento fletor
Força cortante
Fissuras inclinadas
Fissuras inclinadas
Esmagamento das diagonais comprimidas
( bielas )
Fissuração de flexão
P P
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Cálculo da armadura de estribos necessária :
A formulação do CEB / 78 para a fissura inclinada e para vigas com estribos a 90 o pode ser obtida da formulação geral.
Abertura característica da fissura inclinada
rmssmε1,21,7mω1,21,795%.kω ×××=××=
onde : inclinadafissuradaabertura=95% .kω , com probabilidade de apenas 5% que
haja uma fissura com abertura maior. inclinadafissuradamédiaabertura=mω
O coeficiente 1,2 leva em conta o fato de o estribo não ser ortogonal à fissura, e portanto não ser a armadura mais eficiente, o que causa uma fissura com abertura maior.
smε = alongamento médio do estribo
rms = espaçamento médio entre fissuras ( medido na vertical , sobre o estribo) O coeficiente 1,7 é a relação entre a abertura máxima e a abertura média das fissuras. Tensão no estribo :
estriboρ1
dbcdVsV
estriboσ ××−
=⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
VS = Força cortante na seção no estado limite de utilização.
rdτdb2,5cdV ×××= onde : b = largura da viga ; d = altura útil da viga.
rdτ = tensão que considera uma participação do concreto, a determinar a partir da curva do CEB/78 , mostrada na figura 1.
estriboyd.frdτ2,5sτ
w.estriboρ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ×−
=
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Figura 1 – CEB 78
Fazendo a substituição obtemos:
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛≥
×−=×
×−
×= 2cmkgf400
estriboρrd2,5s
estriboρ1
dbcdV
dbsV
estriboσττ
com db
sVsτ ×= , em serviço.
sbestriboA
estriboρ×
= = taxa de armação de estribos na viga. Ver figura 2.
b = largura da alma da viga
s = espaçamento entre estribos
fck
20 MPa
Se fck ≥ 20 MPa fck0,0080,10rdτ ×+=
cka
f0,010,06rdτ20MPfckSe
×+=≤
rdτ 0,26 MPa
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Figura 2 Em planta
Alongamento médio nos estribos :
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
×≥−×==açoE
estriboσ0,40
2
sVcdV
1açoE
estriboσestribo nomédioεsmε
Como db
sVsτ ×= , em serviço, e rdτdb2,5cdV ×××= obtemos :
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
×≥×
−×==açoE
estriboσ0,40
2
sτrdτ2,5
1açoE
estriboσestribo nomédioεsmε
s
b
A estribo = Área total das 2 pernas do estribo S
sbestriboA
estriboρ×
=
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Espaçamento médio entre as fissuras inclinadas : Esse espaçamento é medido ao longo do estribo, isto é, na direção vertical.
( ) ( ) ( )xdrρ
estribo2K1KS0,2C2rms −≤××+×+×=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛φ onde :
C = cobrimento da barra do estribo
S = espaçamento entre os estribos
estriboφ = diâmetro do estribo
d = altura útil da viga
x = posição da linha neutra na flexão
rρ = taxa de armadura do estribo para efeito de fissuração inclinada. Ver figura 3.
Figura 3 Em planta
s
b
C+ φ50, + 50,
φ5,7
2bC8 ≤+φ
S15 ≤φ
Ac.ef.
A r =A (1 perna do estribo)
.c.efArA
rρ =
C
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ef.c.Aestribo do perna 1A
rρ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
= conforme mostrado na Figura 3.
K1 = coeficiente de aderência da barra = 0,40 para barras com nervuras e alta aderência. K2 = coeficiente representando a influência da forma do diagrama de tensões.
Usaremos K 2 = 0,25, que corresponde a um diagrama de tensões uniforme ao longo da alma da viga. Quando a força cortante é constante no trecho da viga onde se calcula a abertura da fissura, essa hipótese é correta.
Substituindo K1 e K2 obtemos:
( ) ( ) ( )xdrρ
0,1S0,2C2rms −≤×+×+×=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛estriboφ
rmssmε1,21,7mω1,21,795%.kω ×××=××=
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Exemplo 1 : Cálculo da abertura da fissura inclinada na parte da viga próxima dos apoios Consideremos uma viga simples conforme mostrado na figura abaixo. Esse exemplo é um ensaio feito em laboratório na U.E.R.J. por E.C.S.Thomaz.
Vista Lateral
Seção transversal
Figura 1
• Carga atuante : 2 cargas concentradas: 2P= 2 x 60kN
• Força cortante V = 60 kN
• Força cortante devida ao peso próprio: g = 0,2m×0,4m×25(kN/m3) = 2 (kN /m)
V = ( ) kN8,12
m8,1kN/m22
Lq =×=×
• Força cortante total = 60 + 1,8 = 61,8 kN
5 ferros 12,5mm
6 ton
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• Estribos necessários
estriboyd.frdτ2,5sdτ
w.estriboρ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ×−
=
• MPa0,8352mkN8350,37m0,20m
61,8kNdb
sVsτ ==
×=
×= ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛
• Como MPa20MPa15ckf <= :
MPa0,21150,010,06fck0,010,06rdτ =×+=×+= ( Ver figura 1 )
( ) ( )( )
0,15%1,15MPa500
MPa0,212,5MPa0,8351,4
estriboyd.frdτ2,5sdτ
necessáriow.estribo.ρ =×−×=×−
=⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
( )
0,1%0,00120cm20cm
4
20,5cmπ2
sb
4
2estriboπ
2
sbestriboA
exist. estriboρ ==×
××
=×
××
=×
=⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛⎟⎠⎞⎜
⎝⎛φ
Essa taxa de armadura de estribo é menor que a taxa necessária e também que taxa mínima que é de 0,14%.
s
b
A estribo = Área total das 2 pernas do estribo
S
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Essa quantidade reduzida de estribos foi usada no ensaio feito no laboratório para que a abertura da fissura fosse um pouco maior.
MPa 3100,001
0,212,50,835
estriboρrdτ2,5sτ
estriboσ)(
=×−
=×−
= , considerando a contribuição do
concreto rdτ :
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= 2cmkgf3100estriboσ
Espaçamento entre as fissuras inclinadas :
C = 2, cm S= 20 cm 15 Ф = 15 x 0,5cm = 7,5cm
10cm2
20cm2b
6,0cm2,0cm0,5cm8C8 ==≤=+×=+φ
A c. ef. = 7,5cm x 6,0 cm = 45 cm2
s
b
C+ φ50,
φ5,7
2bC8 ≤+φ
S15 ≤φ
Ac.ef.
Ar =A (1 perna do estribo)
.c.efArA
rρ =
C
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( )
400402cm454
2cm50
,
,
.c.efArA
rρ =
×
==
π
( ) ( )xdrρ
estribo0,115ou S0,2C2rms −≤×+×+×=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛φφ
Como S= 20cm e 15Ф =7,5cm, usar 7,5cm.
( ) ( ) 17cm11,4cmcm5,14cm0,00440,5cm
0,17,5cm0,22,0cm2rms =++=×+×+×=⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
Verificar se ( )xdrms −≤
f ck = 15 MPa e pela Norma NBR6118 ,
GPa22MPa21700155600fck(MPa)5600Ec(MPa) ====
9,72cmkgf217000
2cmkgf2100000n ==
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
%0,830,008337cm20cm
21,23cm5dbflexão deaçoA
μ ==×
×=
×=
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
×+±−××=
μn
211nμxk
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3290790083
70083 ,,,0
211,9,0xk =
×+±−××=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
Zona comprimida : x = 0,329 . 37cm = 12,2 cm ;
d – x =37cm -12.2cm =24,8cm ( ) OK24,8cmxd17cmrms =−≤=
Logo 17cmrms =
Alongamento médio nos estribos :
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
×≥×
−×==açoE
estriboσ0,40
2
sτrdτ2,5
1açoE
estriboσestribo nomédioεsmε
o%90,02
0,83521,02,512kgf/cm 0002100
2kgf/cm3100estribo nomédioεsmε =⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×−×==⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛ MPa
[ ] o%0,900002100
3100estribo nomédioεsmε 0,605 =×== ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
Abertura máxima da fissura inclinada :
mmmmmm 3,017,0)/9,0(2,17,1rmssmε1,21,795%.kω =×××=×××=
A abertura máxima das fissuras inclinadas observadas na viga era ω máx ≈ 0,25 mm A estimativa da abertura das fissuras inclinadas, feita pelo CEB / 78, é bem precisa.
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Exemplo 2 : Ensaio de Prof. Fritz Leonhardt Viga T1 Faremos aqui a comparação entre as aberturas de fissuras inclinadas medidas nos ensaios de F. Leonhardt [27] e as calculadas pelo CEB 78 e por G. Rehm, assim como as calculadas pela NBR6118 -2003
Seção transversal
Forma das vigas T1
A armadura de flexão da viga era composta de 16 barras de 26mm e a de estribos com 12mm de diâmetro e espaçamento de 8cm. Em uma metade da viga os estribos tinham nervura. Na outra metade, os estribos não tinham nervura. A fissuração inclinada não foi diferente entre as duas metades da viga. Isso faz supor que o importante nos estribos é a ancoragem nas suas extremidades, nos ganchos e nas dobras.
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Viga T1
Armadura – seção transversal
s
b
A estribo = Área total das 2 pernas do estribo
S
sbestriboA
estriboρ×
=
16 ferros 26mmEstribos 12mm cada 8cm
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( )
2,83%0,02838cm10cm
4
21,2cmπ2
Sb
4
2estriboπ
2
SbestriboA
estriboρ ==×
××
=×
××
=×
=⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛⎟⎠⎞⎜
⎝⎛φ
Exercício : A carga aplicada na viga era 2P = 943 kN e o peso total da viga = 63kN
Calcular a abertura máxima da fissura inclinada para a força cortante de 503 kN, e compará-la com a abertura máxima da fissura medida na viga.
6,1MPa2mkN60970,075)m-0,90(0,10m
503kNdb
sVsτ ==
×=
×= ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ , em serviço.
Resistência à compressão em prisma de 10cmx10cmx53cm era: fc prisma = 242 kgf / cm2 = 24,2 MPa logo: 0,294MPa24,20,0080,10rdτ =×+=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛==×−=×−
= 2cmkgf8961MPa6,8910,0283
0,2942,56,1
estriboρ
)rdτ2,5s(τestriboσ
fck
20 MPa
Se fck ≥ 20 MPa fck0,0080,10rdτ ×+=
ckf0,010,06rdτ20MPafckSe
×+=≤
rdτ 0,26 MPa
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⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= 2cmkgf8961estriboσ
Espaçamento entre as fissuras inclinadas :
C = 2,0 cm S = 8 cm b =10cm
15 φ = 15 x 1,2cm = 18cm
5cm2
10cm2b11,6cm2,0cm1,2cm8C8 ==>=+×=+φ
Usar a metade da largura =10cm/2 = 5cm
A c. ef. = 8,0cm x 5,0 cm = 40 cm2
( )%2,830,02826240cm
4
21,2cmπ
.c.efAestribo do perna 1A
rρ ==
×
==
s
b
C+0,5Ф
φ5,7
2bC8 ≤+φ
S15 ≤φ
Ac.ef.
Ar =A (1 perna do estribo)
c.efArA
rρ =
C
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( ) ( )xdrρ
estribo0,115ou S0,2C2rms −≤×+×+×=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛φφ
Como S= 8cm e φ15 =18cm, usar 8cm.
( ) ( ) 9,8cm4,2cm1,6cm4cm0,02831,2cm0,18,0cm0,22,0cm2rms =++=×+×+×=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
Devemos verificar se ( )xdrms −≤
f ck ≈ 24 MPa e pela Norma NBR6118 ,
GPa4,72MPa27434245600fck(MPa)5600Ec(MPa) ==== Zona comprimida : x = 34,1 cm ;
d – x = 48,4cm ( ) OK48,4cmxd9,8cmrms =−<=
cm,9rms 8=
O espaçamento médio entre as fissuras, medido sobre os estribos, na direção vertical, foi de 10cm, coincidindo com a previsão do CEB / 78.
Alongamento médio nos estribos :
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
×≥×
−×==açoE
estriboσ0,40
2
sτrdτ2,5
1açoE
estriboσestribo nomédioεsmε
o%0,892
6.10,294MPa2,51
00021001896
estribo nomédioεsmε =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ×−×==
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
o%0,89estribo nomédioεsmε ==
O alongamento medido no estribo para a força cortante de 503 kN foi de 0,95%o . A abertura máxima da fissura inclinada, segundo o CEB 1978 , vale :
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( ) 0,18mm0,098m%0,891,21,7rmssmε1,21,795%.kω o =×××=×××=
A fissura máxima inclinada, medida na viga ensaiada, para a carga de 2P = 943 kN, foi de ≈ 0,20mm. A concordância obtida com o CEB / 78 é muito boa, ver gráfico abaixo.
abertura de fissuraViga T1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45mm
2P- (
kN)
carga Leonhardt (kN)2P (kN) CEBLinear (carga Leonhardt (kN))
A formulação da norma CEB/78 permite a estimativa correta da abertura da fissura inclinada.
943 kN
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Referências
1. Lobo Carneiro, Fernando Luiz – Teoria da fissuração das peças de concreto armado – Revista Estrutura Nos 26 e 27 - 1960 – Trabalho realizado no INT/RJ
2. Lobo Carneiro, Fernando Luiz , Maria Cascão F. de Almeida- Critérios adotados por
diferentes normas para análise da fissuração em obras de concreto armado e protendido.
3. Code Modele CEB-FIP pour les Structures en Béton – 1978
4. Gallus Rehm – Zur Frage der Rissbegrenzung im Stahlbeton-Betonbau-Betonud
Stahlbetonbau 63 – 1968 - no 8 pag.175 - 182.
5. Rao P.S. Die Grundlagenzur Berechniung der bei statisch unbestimmten Stahlbetonkonstruktione im plastichen Bereich auftretenden Umlagerungen der Schnittkräfte – D.A.fStb, Heft 177 -1966
6. NB1/78 Norma brasileira para projeto e execução de obras de concreto armado. 7. Leonhardt – Vorlesungen über Massivbau- Vol. 4 – Construções de Concreto. 8. A.W.Beeby- Concrete in the Oceans Cracking and Corrosion - International
Symposium on Offshore Structures – Rilem-FIP-CEB-1979 –Rio de Janeiro.
9. Rolf Lenschow – Serviceability state of marine structures with emphasis on cracking – International Symposium on Offshore Structures – Rilem-FIP-CEB-1979 –Rio de Janeiro.
10. Horst Falkner – Zur Frage der Rissbildung durch Eigen-und Zwangspannunen
infolge Temperatur in Stahlbetonbauteilen - D.A.f.Stb-Heft 208
11. Mörsch, Emil – Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton- Entwurf und Konstruktion – Sechste Auflage -1958
12. H. Stoffers – Cracking due to Shrinkage and temperature variation in walls- Heron Vol.
23 -1978
13. CEB Bulletin D´Information no 89 Fissuration – Mars 1973
14. ACI Stanadrd 318-71 – Building Code Requirements for Reinforced Concrete.
15. ACI Committee Report – Commentary on Building Code Requirements for Reinforced Concrete – ACI 318-71
16. CEB-70 Comite Europeen du Beton.
17. Programa Crack – Promon Engenharia – Eng. Ernani Diaz.
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18. Y. Goto – Cracks formed in concrete around deformed tension bars. Journal ACI, Proc.
Vol. 68 ( 1971) – Nr 4 - pag. 244 – 251
19. Thomaz, Eduardo - Haguenauer ,Cristina - Estudo de Fissuração de Cisalhamento em Vigas de Concreto Armado, RBE - Revista Brasileira de Engenharia, Associação Brasileira de Pontes e Estruturas, Caderno de Engenharia Estrutural, Vol.11/N.1, 10/93.
20. Haguenauer, Cristina – Thomaz, Eduardo - Estudo de Campos Comprimidos de
Concreto Armado com Aplicação em Vigas - Parede, RBE - Revista Brasileira de Engenharia, Associação Brasileira de Pontes e Estruturas, Caderno de Engenharia Estrutural, Vol.10/N.2, 3/93.
21. Norma NBR6118 – 2002 Projeto de Estruturas de Concreto – ABNT 2002
22. CEB-FIP Model Code 1990 – Bulletin D´Information No 203
23. Thomaz, Eduardo , Haguenauer ,Cristina - Estudo de Fissuração de Cisalhamento em
Vigas de Concreto Armado, RBE - Revista Brasileira de Engenharia, Associação Brasileira de Pontes e Estruturas, Caderno de Engenharia Estrutural, Vol.11/N.1, 10/93.
24. Haguenauer, Cristina, Thomaz Eduardo - Estudo de Campos Comprimidos de
Concreto Armado com Aplicação em Vigas - Parede, RBE - Revista Brasileira de Engenharia, Associação Brasileira de Pontes e Estruturas, Caderno de Engenharia Estrutural, Vol.10/N.2, 3/93.
25. Norma NBR6118 – 2002 Projeto de Estruturas de Concreto – ABNT 2002
26. CEB-FIP Model Code 1990 – Bulletin D´Information No 203
27. Fritz Leonhardt – René Walther – Stuttgart – Versuche an Plattenbalken mit hoher Schubbeanspruchung –( Ensaios em viga T com grandes solicitações tangenciais ) Deutscher Ausschuss für Stahlbeton - Heft 152.