CISALHAMENTO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO

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Em relação à força cortante, o modelo de análise de vigas mais utilizado é o modelo de treliça, devido à sua simplicidade e aos seus bons resultados. Neste modelo, é considerada uma viga biapoiada de seção retangular, formada por banzos (superiores e inferiores) e diagonais comprimidas e tracionadas, que descrevem o comportamento da região sob maior influência das forças cortantes e com fissuras inclinadas de cisalhamento por meio de uma analogia com uma treliça isostática.

De acordo com o Prof. Dr. Paulo dos Santos Bastos, da Faculdade UNESP, “a ruptura por efeito de força cortante é iniciada após o surgimento de fissuras inclinadas, causadas pela combinação de força cortante, momento fletor e eventualmente forças axiais. A quantidade de variáveis que influenciam a ruptura é muito grande, como geometria, dimensões da viga, resistência do concreto, quantidade de armaduras longitudinal e transversal, características do carregamento, vão, etc”.

2. TENSÃO DE CISALHAMENTO

Quando falamos em tensão mecânica, nos referimos a uma distribuição de forças por unidade de área em relação a um ponto dentro de um corpo material. Essa tensão mede a intensidade das forças internas, criadas por forças externas aplicadas ao corpo, que agem entre as partículas de uma seção transversal no interior de um corpo.

A tensão de cisalhamento ou tensão tangencial é uma tensão criada por forças aplicadas em sentidos opostos, mas na mesma direção.

[pic 2]Na imagem abaixo podemos mostrar como surgem forças internas atuando na seção T, chamadas forças cortantes. A distribuição das tensões de cisalhamento não pode ser dita como uniforme, pois ela pode variar entre zero (na superfície da barra) até um valor máximo no centro do corpo.

As vigas podem receber dois tipos de esforços:

-Tensões normais causadas pelo momento fletor

-Tensões cisalhantes causadas pelo esforço cortante

Podemos explicar o motivo da tensão de cisalhamento se desenvolver nos planos longitudinais de uma viga se imaginarmos ela composta por três tábuas. Se as superfícies forem lisas e as tábuas estiverem soltas, deslizarão. Do contrário, surgirão tensões que impedirão que deslizem e a viga agirá como uma unidade única.

[pic 3]

Figura 1 – Surgimento de tensões de cisalhamento

Nos materiais de concreto armado, é necessário posicionar a armadura para que seja possível a absorção total dos esforços de tração que surgem na estrutura. Quando ocorrem as solicitações de esforço cortante nas vigas, surgem tensões internas de cisalhamento, que equilibrar a carga externa. É preciso primeiro definir a direção dos esforços de tração e compressão correspondentes à tensão de cisalhamento para então definir onde as armaduras serão colocadas.

3. ESFORÇO DE CISALHAMENTO

As estruturas de concreto armado tem seu comportamento dividido em três fases. A primeira ocorre quando as tensões de tração provenientes de um carregamento qualquer são inferiores à resistência à tração do concreto, neste caso o concreto não apresenta fissuras e encontra-se no Estádio I. A segunda se dá quando as tensões de tração no concreto ultrapassam sua capacidade resistente e as primeiras fissuras aparecem, neste caso a estrutura encontra-se no Estádio II. A terceira ocorre quando um dos componentes da estrutura, aço ou concreto, ultrapassa o limite elástico de deformações, caracterizando o início da plastificação da estrutura, que encontra-se no Estádio III.

O concreto, nos estádios II e III, está intacto na zona comprimida e fissurado na zona tracionada, assim, a distribuição de tensões, na zona comprimida, continua igual ao estádio I, e na zona tracionada, o concreto não resiste mais e as tensões tangenciais são provenientes da força transmitida pela armadura ao concreto por aderência. Desta forma, o momento estático não varia, já que não se considera a resistência do concreto, e a tensão se mantém constante até encontrar a armadura, quando cai bruscamente a zero.

De acordo com o Professor Jackson Antônio Carelli, quando uma viga de concreto armado de um único vão é submetida a um carregamento progressivo, surgem momentos fletores e por consequência tensões normais de flexão variáveis com relação à altura da peça. Se há uma variação de momento fletor ao longo do eixo de uma estrutura, haverá a existência de forças cortantes, que por sua vez originam tensões de cisalhamento variáveis ao longo da altura da seção, dependendo da seção transversal da peça. Estas tensões normais de flexão e tensões de cisalhamento compõem-se de tal forma a dar origem a um estado biaxial de tensões com tensões principais de tração e de compressão inclinadas que podem ser analisadas segundo a resistência dos materiais.

O carregamento que atua na viga, ao gerar tensões de tração na alma da seção, superiores à resistência a tração do concreto, faz surgir as primeiras fissuras de cisalhamento, como no estádio II, na direção preferencial das trajetórias de compressão e por consequência perpendiculares às trajetórias de tração. Porém este fato não impede que as tensões principais de compressão continuem atuando entre as fissuras, desde que haja absorção das tensões de tração pela armadura de cisalhamento, assim, impedindo o aumento das fissuras no concreto.

Como demonstra o Professor Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastros, em seu estudo referente ao dimensionamento de vigas de concreto armado à força cortante, o esforço de cisalhamento ocorre devido à força cortante que é gerada na viga por causa de um carregamento. É importante dimensionar vigas ao cisalhamento, pois sua forma de ruptura ocorre, no geral, de maneira frágil, ou seja, a ruptura acontece de forma repentina sem que haja escoamento do material.

3.1 FISSURAS DE CISALHAMENTO

As fissuras inclinadas ocorrem devido ao esforço de cisalhamento e as rupturas por cisalhamento são também conhecidas por rupturas por tração diagonal.

Segundo Landini (2001) uma fissura inclinada desenvolve-se, ou antes, da ocorrência de uma fissura inclinada de flexão nas suas proximidades, ou como uma extensão de uma fissura de flexão desenvolvida previamente. Devido a esse desenvolvimento a primeira é denominada fissura de cisalhamento de