Dissertação
Análise numérica em laje de concreto armado em uma direção - influência da taxa de armadura longitudinal na resistência à força cortante
Numerical analysis in reinforced concrete slab in one direction - influence of the longitudinal reinforcement rate on the resistance the shear force
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Autor
Silva, Silvio Quirino da
Institución
Resumen
The literature addresses some factors that influence the shear strength, such as the compressive
strength of concrete, the longitudinal reinforcement rate, the height of the element section and
others. Focusing on solid slabs of reinforced concrete in one direction and without transverse
reinforcement subjected to shear force, this work aims to perform a numerical analysis of the
behavior of this element, verifying the influence that the rate of longitudinal reinforcement
exerts on the gain of resistance to shear force. Therefore, it was necessary to use experimental
data to assess the numerical model, that is, to obtain a model representative of the experimental
one. Considering these aspects, simulations were performed with variation of the factors already
exposed that affect the resistance to shear force. In this way, the force x displacement curves,
the shear stresses and the cracking panorama of the slabs were obtained. In addition to this
numerical analysis performed using the ANSYS® Workbench program, a statistical analysis of
Factorial Experimental Design with Analysis of Variance was applied using the Minitab®
program, verifying which factor most significantly affected the shear stress, the response
variable extracted from the numerical simulation and considering a significance level of 5%.
The results showed that the steel rate of the longitudinal reinforcement influenced the obtaining
of the ultimate force and displacement, however, the factor that most impacted the shear stress
was the height of the slab. In addition, when the height interacts with the compressive strength
of the concrete, it obtains a better yield in the resistant capacity of this element, however, it is
important to remember that the longitudinal reinforcement rate had its contribution in the
transfer of shear stresses, being a factor which also affects shear strength, but not
predominantly. The cracking panorama, on the other hand, begins in the region of application
of the displacement with diagonal directions, consequently presenting the section of the slab
that is in Stages I, II and III, at the moment of its rupture. Finally, it was possible to determine
that the height of the cross section of the slab was the relevant factor, in relation to the others,
being this parameter responsible for the greatest influence or contribution in the gain of
resistance in the complementary mechanisms. On the other hand, the ripening at the upper edge
of the slab was a less relevant factor, which proved not to be useful in the resistance capacity
of this element. Dissertação (Mestrado) A literatura aborda alguns fatores que influenciam a resistência à força cortante, como a
resistência à compressão do concreto, a taxa de armadura longitudinal, a altura da seção do
elemento e entre outros. Focando em lajes maciças de concreto armado em uma direção e sem
armadura transversal submetida à força cortante, este trabalho teve como propósito realizar uma
análise numérica do comportamento desse elemento, verificando a influência que a taxa de
armadura longitudinal exerce sobre o ganho de resistência à força cortante. Diante disso, foi
necessário a utilização de dados experimentais para aferição do modelo numérico, ou seja, para
obter um modelo representativo ao experimental. Considerando esses aspectos, foram
realizadas simulações com variação dos fatores já exposto que afetam a resistência à força
cortante. Desta forma, foram obtidas as curvas de força x deslocamento, as tensões de
cisalhamento e o panorama de fissuração das lajes. Além dessa análise numérica realizada por
meio do programa ANSYS® Workbench, foi aplicado uma análise estatística de Planejamento
Experimental Fatorial com Análise de Variância por meio do programa Minitab®, verificando
qual o fator afetou de forma mais significativa a tensão de cisalhamento, variável de resposta
extraída da simulação numérica e considerando um nível de significância de 5%. Os resultados
demostraram que a taxa de aço da armadura longitudinal influenciou na obtenção da força
última e no deslocamento, contudo, o fator que mais impactou na tensão de cisalhamento, foi a
altura da laje. Além disso, quando há interação da altura com a resistência à compressão do
concreto, obtém melhor rendimento na capacidade resistente desse elemento, no entanto, é
importante lembrar que a taxa de armadura longitudinal teve sua contribuição na transferência
das tensões de cisalhamento, sendo um fator que também afeta a resistência à força cortante,
mas de forma não predominante. Já, o panorama de fissuração, inicia-se na região da aplicação
do deslocamento com direções diagonais, consequentemente apresentando-se a seção da laje
que está no Estádio I, II e III, no momento da sua ruptura. Por fim, foi possível determinar que
a altura da seção transversal da laje foi o fator relevante, em relação aos demais, sendo esse
parâmetro responsável pela maior influência ou contribuição no ganho de resistência nos
mecanismos complementares. Já as amaduras na borda superior da laje, foi um fator menos
relevante, que demostrou não ser útil na capacidade resistente nesse elemento.