Abstract

The shear capacity of structural concrete members has puzzled researchers and designers since the beginning of reinforced concrete, despite the fact that the truss model had already early been proposed as a design model. In the last 20 years many efforts were made to re-introduce models for designing structural concrete in terms of strut-and-tie models. This was enhanced by damages and failures of structures. A brief review is given on the design concepts in present codes and a modern design concept based on strut-and-tie models is presented. This concept addresses discontinuity regions (D-regions) with the same emphasis as B-regions with the design for shear and flexure. The present state of the shear design is outlined and a design method presented for members with stirrups, where the strut angle depends on the magnitude of the shear force. The shear capacity of members without shear reinforcement is treated with special emphasis on the size effect.

Keywords: codes; concrete tensile strength; shear design; size effect; structural concrete; strut-and-tie models.

---

Resumo

A capacidade ao cisalhamento de elementos estruturais de concreto tem confundido pesquisadores e projetistas desde o início do concreto armado, apesar do fato de que o modelo de treliça tenha já desde o início sido proposto como um modelo de cálculo. Nos últimos 20 anos muitos esforços foram feitos para reintroduzir modelos para o cálculo de concreto estrutural em termos de modelos de escora e tirante. Isto foi acentuado por danos e falhas em estruturas. Uma breve revisão sobre os conceitos de projeto em códigos atuais é feita e um conceito moderno de projeto com base em modelos de escora e tirante é apresentado. Esse conceito aborda regiões de descontinuidade (Regiões D) com a mesma ênfase que as regiões B, tendo em vista o projeto para cisalhamento e flexão. O estado atual do projeto ao cisalhamento é descrito e um método para elementos reforçados com estribos é apresentado, onde o ângulo da escora depende da magnitude da força cortante. A capacidade ao cisalhamento de elementos sem armadura ao cisalhamento é tratada, com ênfase especial no efeito escala.

Palavras Chave: códigos; resistência à tração do concreto; cálculo ao cisalhamento; concreto estrutural; modelos de
escoras e tirantes

Abstract

The NBR 6118:2003 introduces significant changes in the shear design criteria for reinforced concrete (RC) beams. Two design models are presented and in one of them allowance is given to the designer to vary the angle 0 of the concrete struts between 30º and 45º. The objective of this paper is to evaluate these shear design procedures in terms of safety, precision and economy with respect to test results of RC beams, with and without stirrups built with normal strength concrete (fc = 50MPa). EUROCODE 2:2003 and ACI 318:2005 shear design criteria are also analyzed. The comparative analysis strongly suggests a revision of NBR 6118 design equation for the concrete contribution in the shear strength of RC beams. For beams with web reinforcement and concrete with fc = 50MPa, the best correlation with respect to test results was achieved with NBR 6118 design criteria (model II with ? equals to 30°).

Keywords: reinforced concrete beams, shear design criteria, codes.

---

Resumo

A NBR 6118:2003 apresenta modificações significativas nos critérios de dimensionamento ao esforço cortante para vigas de concreto armado. Dois modelos de cálculo são propostos sendo que um deles permite a variação do ângulo q de inclinação das bielas de concreto entre 30° e 45°. Dentro deste cenário, o objetivo deste trabalho é analisar a segurança, precisão e economia destes critérios por meio da comparação com resultados experimentais de vigas, com e sem armadura transversal, e executadas com concreto convencional (fc = 50MPa). Os procedimentos de cálculo preconizados pelo EUROCODE 2:2004 e pelo ACI 318:2005 são também analisados. O estudo inclui ainda vigas fabricadas com concreto de alto desempenho (fc > 50 MPa). Os resultados da análise indicam que a equação da NBR 6118 correspondente à parcela resistente atribuída aos mecanismos complementares ao de treliça necessita de ajuste. Nas vigas com armadura transversal e concreto com fc = 50MPa, a melhor correlação obtida foi com o modelo II da NBR 6118 e ângulo 0 igual a 30°.

Palavras Chave: vigas de concreto armado,dimensionamento ao cisalhamento,normas.

Abstract

Six reinforced concrete flat slabs with shear reinforcement not embracing the flexural reinforcement were tested experimentally
by a load on their centre through a square steel plate (200 x 200 x 50 mm). The main variables tested were the shear reinforcement diameter and the number of reinforcements layers in each slab. All slabs have rectangular shapes with dimensions of 200 mm in thickness and 3000 mm in side lengths. Results of failure load, failure surface, cracks, deflections and strain at shear reinforcement are described in this paper. The failure loads are compared to the ones obtained for similar slabs with standard shear reinforcement. This approach shows that the internal studs used as shear reinforcement may reach failure loads up to 1.75 higher than failure loads obtained in similar tests of slabs with no shear reinforcement.

Keywords: flat slabs, punching, shear reinforcement.

---

Resumo

Seis lajes de concreto armado com armadura de cisalhamento do tipo “stud” interno, posicionada entre as armaduras de flexão, submetidas a um carregamento aplicado no centro da laje através de uma placa metálica (200 x 200 x 50 mm) são analisadas experimentalmente. As principais variáveis dos ensaios são: o diâmetro da armadura de cisalhamento e o número de camadas utilizadas. As lajes têm dimensões de 3000 x 3000 mm de comprimento e uma altura nominal de 200 mm. São apresentados resultados de carga última, tipo de ruptura, fissuração, flecha e deformações da armadura de cisalhamento. As cargas de ruptura obtidas experimentalmente são comparadas com as de lajes similares, mas com armadura de cisalhamento ancorada na armadura de flexão. Os resultados mostraram que o uso deste tipo de armadura de cisalhamento colocada internamente à armadura de flexão proporcionou acréscimos de resistência à punção entre 48% e 75%, em relação às lajes sem armadura de cisalhamento.

Palavras Chave: lajes-cogumelo, punção e armadura de cisalhamento.

Abstract

This work discusses the results of an experimental study on the behavior of precast slabs strips, using lattice truss reinforcement,
strengthened by concrete overlay, with the same mechanical properties of the substrate. Twelve precast slabs strips, divided in three series, were tested. Specimens were 215 cm long and 100 cm wide and the lattice truss was 8 cm deep for the slabs of the first and third series and 12 cm deep for the second series. The slabs, before receiving the new concrete layer, were tested until a pre-determined load. Results showed that this strengthening method was efficient, leading to an ultimate load increase ranging from 38% to 149%, because of the greater effective depth.
Monolithic and reinforced slabs with the same properties failed with similar loads, and this revealed that pre-cracking in
reinforced slabs did not alter their performance at the ultimate limit state.

Keywords: precast slab, reinforcement, structural analysis, lattice truss.

---

Resumo

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental para a verificação do comportamento de faixas de lajes treliçadas reforçadas à flexão pelo aumento da seção de concreto, de mesmas propriedades mecânicas do concreto do substrato, na face superior. Foram ensaiadas doze lajes de 100 cm x 215 cm, divididas em três séries de ensaio, sendo as 1ª e 3ª séries compostas por peças com vigotas treliçadas de 8 cm de altura e a segunda com vigotas de 12 cm. As lajes reforçadas, antes da execução do reforço, foram pré-carregadas. Os resultados mostraram que este método de reforço foi eficiente, aumentando a capacidade de carga das peças reforçadas, de 38% a 149%, em relação às lajes de referência de cada série, em função do acréscimo do braço de alavanca e, conseqüentemente, do momento resistente da peça. Lajes monolíticas e reforçadas de mesmas características romperam com carregamentos semelhantes, mostrando que a pré-fissuração das lajes reforçadas não alterou seu desempenho no estado limite último.

Palavras Chave: pré-moldados, reforço, análise estrutural, laje treliçada.

Abstract

The Maturity Method is a non-destructive test used to evaluate concrete properties at early ages according to the material temperature history. This paper presents the application of the Maturity Method concept to estimate compression strength values for precast concrete beams with I cross sections of 50 cm and 70 cm of height submitted to steam curing in a concrete precast factory. The temperature data were collected through thermocouples inserted inside of the concrete, distributed along the length and the height of the structural element. As a consequence of the thermal cycles used in the precast plant, it was noticed that the monitored beams suffered thermal gradients during the steam curing process. It was observed that the Maturity Method was able to evaluate compression strength values at the end of thermal cycles with high accuracy.

Keywords: Maturity Method; Steam curing; Activation energy; Precast concrete; Temperature.

---

Resumo

O Método da Maturidade é um ensaio não destrutivo utilizado para estimar as propriedades do concreto nas idades iniciais a partir do histórico de temperaturas do material. Este artigo apresenta uma aplicação dos conceitos do Método da Maturidade para estimar valores de resistência à compressão de vigas pré-moldadas com seções transversais em I de 50 cm e 70 cm de altura submetidas a ciclos térmicos realizados junto a uma empresa de pré-moldados. As variações de temperatura tanto ao longo do comprimento quanto ao longo da altura do elemento estrutural foram observadas para os ciclos térmicos durante o dia e durante a noite. Gradientes térmicos foram observados nas vigas durante a realização da cura térmica. O Método da Maturidade permite estimar valores de resistência à compressão ao final do ciclo térmico com precisão elevada.

Palavras Chave: Método da Maturidade; Cura térmica; Energia de ativação; Pré-moldados; Temperatura.