Análise numérica de flexão em lajes nervuradas com a consideração dos efeitos de fissuração no concreto

Abstract

Lajes nervuradas modeladas computacionalmente são geralmente analisadas por metodologias simplificadas, tanto para a geometria da seção (convertendo em lajes maciças ou grelhas) como para as propriedades mecânicas dos materiais (regime elástico-linear). Estes estudos teóricos apresentam grandes diferenças quando comparados com ensaios experimentais, mesmo para baixos níveis de carregamento. Isto se deve principalmente pela não consideração da excentricidade entre os eixos da nervura e da capa, como também à simplificação do comportamento mecânico do concreto à tração. Modelos numéricos chamados realísticos consideram o efeito da excentricidade entre os eixos da capa e nervura da seção transversal. Pode-se, ainda, introduzir a não-linearidade física do concreto armado nestes modelos, obtendo resultados mais próximos do real. O objetivo deste trabalho é estabelecer um modelo numérico realístico, para a seção típica de laje nervurada, atendendo às indicações descritas acima. Para a consideração da excentricidade entre os eixos da capa e nervura empregam-se elementos de casca, em posição horizontal para a capa e vertical para a nervura. A não-linearidade física do concreto à tração é representada através do modelo de fissuração distribuída proposto por D’AVILA (2003). Para as análises não-lineares empregou-se o programa computacional de elementos finitos SAP2000 versão 16, onde os elementos de casca permitem discretizar o concreto armado em camadas, ao longo da espessura. Um bom desempenho do modelo numérico proposto foi verificado pela validação deste a partir de modelos experimentais, assim como da análise numérica de outros autores. Realizaram-se, por último, análises de algumas lajes nervuradas com solicitações de carregamentos excessivos, a fim de prever seus desempenhos frente a estados limites de flexão. Os resultados obtidos nestas análises mostraram, também, um bom desempenho do modelo proposto.

Waffle slab structures simulated by computational models are generally analyzed by simplified methods, both for section geometry (converting into solid slabs) and the material mechanical properties (linear elastic regime). The results obtained by such theoretical studies show large differences when compared to experimental tests, even at low loading levels. This is mainly due to non-consideration of the eccentricity between the rib and cover axes and simplification of the concrete tensile strength mechanical behavior. The so called realistic numerical models consider the effect of eccentricity between the axes of hood and ribs of the cross section. One may also introduce physical nonlinearity of reinforced concrete in these models, obtaining results closer to real. The objective of this work is to establish a realistic numerical model for the typical section of a waffle slab, considering the physical nonlinearity of concrete and its collaboration between cracks, by the smeared crack model proposed by D' AVILA (2003). The computational finite element program SAP2000 version 16 is used for the non-linear analysis. The shell element discretization enabled the heterogeneous characteristics of reinforced concrete to be considered through layers along the thickness. The numerical model was validated based on the analysis of experimentally tested slabs. Finally, some waffle slabs were numerically analyzed under a uniformly distributed and incrementally growing load. The proposed model was able to predict their overall behavior and some local aspects could also be observed.