Analysis of reinforced concrete beams using strut and tie models

O modelo de bielas e tirantes apresenta como uma de suas vantagens a generalidade, ou seja, é capaz de representar, de modo aproximado, porém realista e sistemático, grande parte dos elementos de concreto estrutural da atualidade. Além disso, permite ao engenheiro fácil visualização físico-intuitiva do comportamento do concreto estrutural. Por outro lado, o modelo ainda tem um enorme potencial não aproveitado. Ainda não se tem um critério exato para determinação dos nós e das seções transversais das bielas de alguns elementos. Apesar de haver certas incertezas no caso de vigas-parede e principalmente de blocos de fundação, nas vigas esses elementos do modelo podem ser determinados sem grandes dificuldades. Possivelmente, a solução seria variar as dimensões das bielas e as posições dos nós, ambas hipotéticas, a fim de confrontar várias situações com resultados experimentais. Daí a grande importância da difusão do modelo de bielas e tirantes: um maior número de análises de modelagens e de resultados de ensaios levará a um maior domínio sobre o modelo. Este trabalho consiste na análise de vigas de concreto armado utilizando modelos de bielas e tirantes. São apresentados os conceitos que levaram à concepção do modelo, desde a Analogia Clássica da Treliça, chegando aos critérios para verificação dos elementos da treliça e às recomendações atuais de normas e pesquisadores. Com o auxílio do programa computacional CAST (2000), foram modeladas quatro vigas, sendo as três primeiras biapoiadas sem descontinuidades e a quarta com balanço e descontinuidade geométrica (abertura na alma). A primeira viga biapoiada teve algumas de suas características iniciais alteradas a fim de gerar o segundo e o terceiro modelos, procurando-se estabelecer limites de carregamentos e análises comparativas. Os resultados das modelagens permitiram comparações com os resultados das verificações realizadas segundo os critérios da NBR 6118:2003 e do MC CEB-FIP (1990) e, permitiram também, identificar os aspectos de maior dificuldade na concepção de um modelo de bielas e tirantes e os pontos críticos dos mesmos, nos quais há maior possibilidade de falha nas verificaçõesOne of the main advantages presented by the strut-and-tie model is generality. This model is able to approximately represent, in a realistic and systematic way, the majority of todays reinforced concrete elements. Furthermore, it allows the physics-intuitive visualization of the behavior presented by structural concrete. On the other hand, its potentials are not fully explored yet. Up to date, there is no accurate criterion for the determination of nodes and transverse sections of some strut elements. Despite presenting some uncertainties related to the determination of wall-beams (and mainly of foundation blocks), the model can determine beams without major difficulties. Probably, the key is to vary the dimensions of the struts and the positions of the nodes, both hypothetical, in order to confront various situations with experimental data. Hence, it is very important to diffuse the strut-and-tie model: the bigger the number of modeling analysis and experimental data, the better the comprehension of the model. This work aims to analyze reinforced concrete beams employing the strut-and-tie model. Here are presented the concepts that led to the development of the model, ranging from the Truss Classic Analogy to the criteria employed to verify truss elements and the recommendations from researchers and established standards (rules or norms). Four examples of beams were modeled. Three of them were double-based and the fourth presented balance and no geometric discontinuity (with an opening). Some of the characteristics of the first double-based beam were altered in order to generate the second and the third model, thus establishing loading limits and comparative analysis. The modeling allowed comparisons between the verifications performed in accordance with the NBR 6118:2003 and MC CEB-FIP criteria. It also allowed the identification of major difficulties and critical aspects related to the development of struts and ties, the ones that are most prone to failure in the verification proces