Dimensionamento à força cortante de vigas esbeltas de grande porte com armadura parcial de estribos: um estudo comparativo por análise não linear de elementos finitos

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento ao cisalhamento de vigas de concreto armado de grandes dimensões, com foco no dimensionamento à força cortante e na avaliação das prescrições normativas atualmente utilizadas. Esse tipo de elemento apresenta mecanismos resistentes diferentes daqueles observados em vigas esbeltas tradicionais, principalmente devido ao efeito de escala e à predominância de regiões de descontinuidade (Regiões D). Para investigar esse comportamento, foram desenvolvidos modelos numéricos não lineares com base no Método dos Elementos Finitos, utilizando o software ABAQUS/CAE. Esses modelos permitem representar de forma mais realista fenômenos como a fissuração progressiva do concreto, o escoamento das armaduras e a interação não linear entre os materiais. A validação foi feita com base em dados experimentais disponíveis na literatura, incluindo ensaios de vigas de grande porte submetidas predominantemente à força cortante. A partir dos resultados, especialmente as cargas últimas e os modos de ruptura, foi realizada uma comparação com as previsões de diferentes normas de projeto, como a ABNT NBR 6118:2026, o Eurocode 2 (CEN, 2004), o ACI 318:2019 e o fib Model Code 2010. Além da precisão, também foi avaliado o grau de conservadorismo dessas abordagens, assim como sua coerência do ponto de vista mecânico. De forma geral, observou-se que a aplicação direta de modelos tradicionais, como os baseados na analogia de treliça, apresenta limitações quando aplicada a elementos de grandes dimensões. Os resultados mostram que a análise numérica não linear pode ser uma ferramenta importante para avaliar criticamente essas prescrições, contribuindo para um dimensionamento mais consistente e confiável de vigas de grande porte.

This study investigates the shear behavior of large-scale reinforced concrete beams, with a focus on shear design and on how current code provisions perform in this context. Compared to conventional-sized elements, these large-scale beams exhibit different resisting mechanisms, mainly due to size effects and the presence of D-regions, which makes their behavior more difficult to predict. To better understand this behavior, nonlinear numerical models were developed using the Finite Element Method in ABAQUS/CAE. These models make it possible to represent the structural response in a more realistic way, including concrete cracking, reinforcement yielding, and the nonlinear interaction between materials. The numerical model was validated using experimental results available in literature, especially tests involving large-scale beams governed by shear. Based on the results obtained, particularly ultimate loads and failure modes, a comparison was carried out with predictions from different design codes, including ABNT NBR 6118:2026, Eurocode 2 (CEN, 2004), ACI 318:2019, and fib Model Code 2010. In addition to accuracy, the analysis also considered the level of conservatism of these approaches, as well as their mechanical consistency. Overall, the results indicate that traditional models, especially those based on truss analogy, may have limitations when applied to large-scale elements. The results suggest that nonlinear analysis can be a useful tool for critically assessing current design provisions and for improving the reliability of shear design in large-scale beams.