CLASSIFICAÇÃO DOS MODOS DE RUPTURA DAS LAJES

3. PROGRAMA EXPERIME TAL

4.7. CLASSIFICAÇÃO DOS MODOS DE RUPTURA DAS LAJES

Lajes lisas de concreto armado sem e com armaduras de cisalhamento podem chegar à ruína de três diferentes modos: punção, flexão ou flexoDpunção. A punção é um modo de ruptura que se caracteriza por ocorrer de forma brusca, usualmente em estágios de carregamento em que a laje não exibe sinais de uma ruptura iminente, culminando com a formação do cone de punção. Já uma ruptura por flexão é normalmente caracterizada por ocorrer de modo mais dúctil que a punção, com a laje apresentando um ou mais dos seguintes sinais antes da ruptura: rápida elevação dos deslocamentos para pequenos incrementos de carga; elevado grau de fissuração; escoamento das armaduras de flexão; deformações na superfície inferior da laje próximas à de esmagamento do concreto. Já a flexoDpunção é definida como um modo de ruptura intermediário, no qual a laje apresenta alguns sinais de ruptura por flexão, mas observaDse o cone de punção.

Pesquisadores como MENETREY (1998), OLIVEIRA (2003) e STEIN et al. (2007) já

trataram a relação entre as rupturas por punção e flexão, mas não existe consenso quanto aos critérios para diferenciar uma da outra, uma vez que em lajes lisas, muitas vezes elas podem ocorrer praticamente juntas. OptouDse então por estabelecer um critério próprio, com base nos dados disponíveis, para poder classificar o modo de ruptura das lajes. A relação cargaDdeslocamento é usualmente utilizada para diferenciar rupturas por flexão e por cisalhamento, mas a descrição de diversos ensaios com lajes lisas já demonstrou que para lajes com taxa de armadura de flexão superior a 1,0 % é difícil observar grandes incrementos de deslocamento antes da ruptura. Sendo assim, para a classificação dos modos de ruptura das lajes foram utilizados apenas os resultados das deformações no aço e no concreto, além da superfície de ruptura visualizada após o corte das lajes.

A ruptura teórica por flexão de um elemento de concreto armado pode ocorrer devido à deformação excessiva de suas armaduras de flexão na face tracionada ou por esmagamento do concreto na face comprimida. No caso teórico de um elemento de laje isolado axissimétrico, o esgotamento da capacidade resistente das armaduras de flexão ocorre quando o raio da zona na qual as armaduras de flexão escoaram é igual ao raio do carregamento. Para uma ruptura por esmagamento do concreto, isso ocorre no momento em que a deformação na superfície inferior da laje atinge a deformação última de compressão no concreto ɛcu, a qual é definida pelo Eurocode 2 como 3,5 ‰ para concretos

com resistência inferior a 50 MPa. Já para a punção, o critério de ruptura básico para o qual não existe qualquer controversa é a visualização do cone de punção.

Com base nestes critérios teóricos de ruptura por flexão e por punção, foi estabelecido que a visualização clara do cone de punção, mesmo antes do corte das lajes, é o critério determinante para a classificação do modo de ruptura como punção. Em casos onde o cone não for visível será investigada a possibilidade de ruptura por flexão. Já o modo de ruptura de flexoDpunção será atribuído às lajes em que o cone de punção foi identificado, porém foram registradas deformações no concreto iguais ou superiores a 80 % de ɛcu (ɛc,max ≥ 2,80 ‰) e/ou onde as barras de flexão tracionadas dentro de uma faixa com largura igual ou superior à 80 % do vão efetivo da laje (bw,y ≥ 11,7·d) atingiram a deformação de

escoamento. A Figura 4.115 resume esses critérios.

a) Punção

b) FlexoD Punção

c) Flexão

Na Tabela 4.5 são apresentadas as cargas de ruptura das lajes, sendo esta o somatório da carga última observada nos ensaios com o peso dos equipamentos apoiados sobre a laje, estimado em 7,5 kN, além do peso próprio dos espécimes. AnalisandoDse as cargas de ruptura das lajes LC01, LC02 e LC03, constatouDse que a maior dimensão do pilar gerou acréscimos de carga de 11,3 % e 25,4 %, respectivamente. ComparandoDse as lajes LC04 e LC08, que possuíam a mesma quantidade de studs por camada, porém com estes studs

distribuídos em cruz, na laje LC04, e radialmente, na laje LC08, verificaramDse resultados animadores quanto ao uso de armaduras de cisalhamento distribuídas em cruz. Esse resultado pode ser considerado surpreendente uma vez que esse tipo de arranjo é penalizado em normas como o Eurocode 2:2004 e a NBR 6118:2003 por propiciar espaçamentos elevados entre os studs das camadas mais externas.

ConsideraDse, usualmente, que lajes com uma distribuição em cruz das armaduras de cisalhamento tendem a apresentar resistência inferior à de lajes onde os studs são

distribuídos radialmente. No entanto, como apenas na laje LC04 a distribuição em cruz foi testada, recomendaDse que mais ensaios sejam realizados a fim de confirmar a efetividade desse tipo de arranjo. Já as lajes LC05, LC06 e LC07, se comparadas com a laje LC02, confirmaram que tanto o aumento da taxa de armadura de flexão tracionada como comprimida e também a redução no espaçamento radial dos studs pode favorecer a

resistência à punção de lajes lisas de concreto armado, uma vez que foram observados incrementos na carga de ruptura de 16,9 %, 12,8 % e 16,2 %, respectivamente.

Já as lajes com pilares quadrados mostraram o quanto a ação de momentos desbalanceados na ligação lajeDpilar pode reduzir sua resistência à punção. No caso das lajes sem armadura de cisalhamento, LS05 e LS06, a redução na carga de ruptura foi de 32,2 %. Já nas lajes LS01 e LS03, com duas camadas de studs, e nas lajes LS02 e LS04, com quatro camadas

de studs, como a posição da superfície de ruptura entre os pares de lajes foi a mesma, a

redução na carga de ruptura foi proporcional, tendo sido de 31,6 % e 36 %, respectivamente. Já no caso das lajes LS07 e LS08, a posição da superfície de ruptura não foi a mesma. A laje LS07, que não tinha momento desbalanceado, apresentou a ruptura fora da região reforçada ao cisalhamento. Já a laje LS08 rompeu dentro da região das armaduras de cisalhamento. Isto fez com que a redução da carga de ruptura nesse par de lajes fosse inferior à observada para os demais pares, tendo sido de 22 %.

Tabela 4.5 – Carga de ruptura das lajes Série de Ensaios Laje Pilar (mm) d (mm) ρ (‰) f’c (MPa) Armaduras de Cisalhamento e (mm) Pu (kN) No. Cam. No. Linhas Asw / Cam. (mm²) 1ª Série LC01* 270 143 1,50 48 6 10 785,4 0 858,4 LC02* 360 140 1,55 47 6 10 785,4 0 955,7 LC03* 450 142 1,41 49 6 10 785,4 0 1.076,8 LC04* 360 140 1,55 48 6 12 942,5 0 1.122,1 LC05* 360 140 2,05 50 6 10 785,4 0 1.117,5 LC06○ 360 143 1,45 49 6 10 785,4 0 1.077,9 LC07† 360 144 1,60 49 7 10 785,4 0 1.110,4 LC08* 360 144 1,62 48 6 12 942,5 0 1.058,9 2ª Série LS01* 300 145 1,54 48 2 12 942,5 0 1.021,5 LS02* 300 143 1,46 49 4 12 942,5 0 1.127,5 LS03* 300 145 1,54 50 2 12 942,5 315 698,5 LS04* 300 143 1,46 49 4 12 942,5 315 721,7 LS05 300 143 1,58 50 DD DD DD 0 779,0 LS06 300 144 1,56 50 DD DD DD 315 528,3 LS07# 300 143 1,70 49 4 12 1.472,7 0 1.196,8 LS08# 300 144 1,68 48 4 12 1.472,7 315 934,1 Obs.: *s0 = 70 mm sr = 100 mm ϕw = 10.0 mm fys,w = 573 MPa †s0 = 55 mm sr = 80 mm ϕw = 10.0 mm fys,w = 573 MPa #s0 = 70 mm sr = 100 mm ϕw = 12.5 mm fys,w = 530 MPa ○s0 = 70 mm sr = 100 mm ϕw = 10.0 mm fys,w = 573 MPa ρ’ = 1,14 ‰

Na Tabela 4.6 são apresentados os modos de ruptura das lajes. Todas as lajes com armaduras de cisalhamento apresentaram rupturas significativamente mais dúcteis que as lajes sem armaduras de cisalhamento. Mesmo no caso da laje LC01 (c/d de 1,875), com

pilar inferior às demais, observouDse um considerável grau de fissuração e de deformação antes de sua ruptura, tanto no concreto quanto nas armaduras, mas ainda assim, seguindo os critérios estabelecidos, seu modo de ruptura foi classificado como punção. Na laje LC03 (c/d de 3,125), a grande dimensão do pilar reduziu os esforços de flexão, favorecendo a

ocorrência da punção. Em todas as demais lajes com pilares circulares (c/d de 2,5)

observouDse equilíbrio entre o comportamento à flexão e ao cisalhamento. Nas lajes LC04 e LC06 um grande número das barras de flexão escoou, enquanto que nas demais, a deformação máxima no concreto esteve próxima da deformação última, caracterizandoDse a flexoDpunção. Já nas lajes com pilares quadrados é possível que a concentração de tensões nos cantos tenha favorecido a ruptura por punção, uma vez que foi verificada uma menor solicitação à flexão. No caso destas lajes, o modo de ruptura observado foi punção.

Tabela 4.6 – Definição do modo de ruptura das lajes

Série de Ensaio

Laje

Comportamento ao Cisalhamento Comportamento

à Flexão Superfície de Ruptura Modo de Ruptura No. da camada de studs 01 02 03 ɛc,max

(‰) rys

1ª Série

LC01 % studs que escoaram 100 65 28 2,66 3,15·d In P