USP - Concretos Especiais

USP - Concretos Especiais

(Parte 1 de 12)

ISSN 1413-9928 (versão impressa)

2003 CONCRETOS ESPECIAIS

Departamento de Engenharia de Estruturas Escola de Engenharia de São Carlos – USP Av. do Trabalhador Sãocarlense, 400 – Centro 13566-590 – São Carlos – SP

ISSN 1413-9928 (versão impressa)

Análise experimental de pilares de concreto de alto desempenho Flávio Barboza de Lima, José Samuel Giongo & Toshiaki Takeya 1

Concreto com agregado graúdo reciclado: propriedades no estado fresco e endurecido e aplicação em pré-moldados leves Luciano M. Latterza & Eloy Ferraz Machado Jr. 27

Reforço de pilares de concreto armado por meio de encamisamento com concreto de alto desempenho Adilson Roberto Takeuti & João Bento de Hanai 59

Análise experimental de pilares de concreto armado de alta resistência sob flexo compressão reta Romel Dias Vanderlei & José Samuel Giongo 81

Análise experimental de pilares de concreto de alto desempenho submetidos à compressão simples Marcos Vinícios M. de Queiroga & José Samuel Giongo 107

Resistência e ductilidade das ligações laje-pilar em lajes-cogumelo de concreto de alta resistência armado com fibras de aço e armadura transversal de pinos Aline Passos de Azevedo & João Bento de Hanai 131

Análise de pilares de concreto de alta resistência com adição de fibras metálicas submetidos à compressão centrada Ana Elisabete Paganelli Guimarães & José Samuel Giongo 167

Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, n. 21, p. 1-26, 2003.

Flávio Barboza de Lima1, José Samuel Giongo2 & Toshiaki Takeya3

Em função das características do material o uso do concreto de alto desempenho no Brasil torna-se irreversível; as resistências à compressão são superiores àquelas comumente usadas nas estruturas de edifícios de concreto armado. Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental desenvolvido para analisar o comportamento de pilares moldados com concreto de alta resistência, solicitados à compressão centrada e à flexão normal composta. Para a compressão centrada ficou caracterizado que o estado limite último dos pilares foi atingido por ruptura da seção transversal mais solicitada e comprovado que as rupturas ocorrem quando o núcleo, definido pelo perímetro caracterizado pelos eixos dos estribos se rompem. Próximo do colapso os pilares têm os seus cobrimentos rompidos definindo, a partir daí, situações de resistências dos núcleos. Na flexão normal composta os resultados dos ensaios mostraram que as hipóteses de distribuição de tensões na seção transversal (relações constitutivas) utilizadas para concreto de resistência Classe I não devem ser consideradas para concreto de alta resistência (Classe I). O trabalho propõe relação tensão x deformação e apresenta resultados comparativos com trabalhos realizados por outros autores. As forças normais determinadas experimental e teoricamente ficaram iguais, enquanto que para os momentos fletores os valores experimentais ficaram muito acima dos teóricos.

Palavras-chave: concreto de alto desempenho; pilares; experimentação.

1 INTRODUÇÃO

O termo concreto de alto desempenho é atribuindo ao concreto que apresenta características especiais de desempenho, às quais não poderiam ser obtidas se fossem usados apenas os materiais convencionais, com procedimentos usuais de mistura, lançamento e adensamento. Neste trabalho o atributo principal foi a alta resistência à compressão, que foi obtida adotando-se mistura com baixo fator água/cimento, adição de sílica ativa e aditivo superplastificante para possibilitar condições de lançamento e adensamento.

1 Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Estrutural - EES-CTEC-UFAL, fblima@ctec.ufal.br 2 Professor Doutor do Departamento de Engenharia de Estruturas - EESC-USP, jsgiongo@sc.usp.br 3 Professor Assistente do Departamento de Engenharia de Estruturas - EESC-USP, totakeya@sc.usp.br

Flávio Barboza de Lima, José Samuel Giongo & Toshiaki Takeya

Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, n. 21, p. 1-26, 2003.

O uso de concreto de alta resistência à compressão se constitui em tendência irreversível, em função das vantagens que apresenta, em relação aos concretos de resistência Classe I, segundo a NBR 8953/92, principalmente na execução de pilares de edifícios, pois, as áreas das seções transversais podem ser reduzidas com várias vantagens econômicas. AGOSTINI(1992) apresenta um estudo experimental de pilares de concreto de alta resistência com sílica ativa, solicitados a compressão centrada, no qual foi constatado a necessidade de armadura transversal de confinamento afim de ductilizar a ruptura frágil observada nos ensaios iniciais. Os pilares estudados apresentavam seção transversal quadrada de 120mm x 120mm e altura de 720mm, com armaduras longitudinais de diâmetro igual a 6,3mm e transversais de diâmetro igual a 4,2mm. Nas extremidades foram colocadas placas de aço de 5,0mm de espessura com a finalidade de proteger esses locais da ruptura prematura por efeito de ponta das barras longitudinais.

PAIVA(1994), estudou o comportamento de pilares de concreto de alta resistência de seção transversal retangular solicitados à compressão simples; as dimensões empregadas foram 80mm x 40mm x 1480mm e 80mm x 120mm x 480mm, concluindo que para taxas de confinamento lateral de 2,20% (armadura transversal) e taxa de armadura longitudinal de 3,20%, obtém-se ductilidade no pilar sendo o núcleo resistente definido por estas armaduras.

Analisando os resultados das pesquisas de AGOSTINI (1992) e PAIVA (1994), percebeu-se a necessidade de realizar ensaios em pilares com dimensões maiores, solicitados à compressão simples, com seções transversais quadradas e retangulares, com o objetivo de se verificar a formação do núcleo resistente de concreto, definido pelas armaduras, e qual a forma de ruptura.

No Brasil um primeiro estudo experimental de pilares de concreto de alta resistência sob ação de flexão normal composta foi apresentado por AGOSTINI(1992), que buscava obter informações sobre o comportamento da armadura de confinamento. Os dois pilares ensaiados tinham seção transversal quadrada com 12cm de lado e 72cm de altura com taxas volumétricas, em relação a área da seção transversal total, de armadura longitudinal de 5,29% e transversal de 1,5%. Segundo AGOSTINI(1992) a taxa de armadura de confinamento de 1,5% foi suficiente para garantir uma ruptura dúctil, porém, sugerindo estudar novos critérios para definição da armadura de confinamento.

Neste trabalho estudaram-se experimentalmente pilares sendo que, a partir da análise das possibilidades de execução, em função das altas ações envolvidas e limitações da estrutura de reação, bem como da preocupação com a extensão dos resultados para pilares de dimensões usuais em edifícios, optaram-se por seções transversais de 20cm x 20cm, 15cm x 30cm e 12cm x 30cm, com alturas de 120cm, 90cm, 174cm e 247cm, respectivamente, também limitadas pelos dispositivos de ensaio. Na compressão centrada foi mantida a mesma relação entre a menor dimensão e altura dos modelos ensaiados por aqueles autores. A resistência média à compressão estabelecida foi de 80MPa.

Em uma primeira parte foi desenvolvida metodologia para a dosagem dos materiais, seguida ao longo do trabalho, para a obtenção deste nível de resistência, com os materiais da região de São Carlos, definindo-se o traço usado, que foi caracterizado e controlado quando da execução dos modelos.

Análise experimental de pilares de concreto de alto desempenho

Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, n. 21, p. 1-26, 2003.

3 2 EXPERIMENTAÇÃO

2.1 Materiais utilizados

Optou-se pela utilização do cimento Portland de alta resistência inicial CP V

ARI e sílica ativa não densificada, SILMIX ND que para fins de dosagem, seguindo indicação do fabricante, considerou-se massa específica de 2222kg/m3.

Foi utilizado aditivo superplastificante RX 1000A, com densidade de 1,21kg/dm3.

Como agregado miúdo foi usado areia de origem quartzosa. Em função do módulo de finura, a areia era classificada como grossa, portanto, adequada para concreto de alto desempenho. O agregado graúdo usado foi pedra britada de origem basáltica com diâmetro nominal de 12,5mm.

A resistência média fixada para o concreto foi de 80MPa aos 15 dias, tempo escolhido para realização dos ensaios, imaginando-se que já estivesse se desenvolvido, em sua maioria, a reação pozolânica da adição mineral e também por questões de programação dos ensaios no Laboratório. Seguem os consumos de materiais resultantes dos ajustes efetuados principalmente na relação água/cimento e teor de superplastificante, valores em kg/m3 : cimento CP V ARI, 480,0; sílica ativa, 48,0; areia, 577,92; pedra britada, 1198,09, superplastificante, 17,43 e água, 160,60.

Como pode ser observado o consumo de sílica ativa foi de 10%, valor também recomendado por outros autores. A relação água/cimento resultante foi de 0,36. Deve ser observado que o teor de superplastificante foi de 3% do consumo de cimento, que pode ser considerado um valor muito alto.

No consumo da água era descontada a água contida no aditivo admitida ser de 70% da massa. Caso se considere relação água/material cimentante chega-se a 0,3. O procedimento de cura usado foi manter os modelos úmidos durante os sete primeiro dias.

A tabela 1 apresenta as características geométricas e mecânicas das barras das armaduras utilizadas, sendo as áreas e os diâmetros efetivos obtidos a partir da massa de um comprimento conhecido, sendo a massa específica do aço de 7850kg/m3.

TABELA 1 - Resultados experimentais dos ensaios de tração das barras de aço

Flávio Barboza de Lima, José Samuel Giongo & Toshiaki Takeya

Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, n. 21, p. 1-26, 2003.

2.2 Modelos ensaiados

2.2.1 Modelos ensaiados à compressão centrada

Foram ensaiadas 4 séries com 3 pilares cada, houve uma repetição da primeira série de ensaios, perfazendo um total de 15 ensaios de modelos de pilares solicitados à compressão simples.

Foram projetadas fôrmas de madeira compensada plastificada de 12mm de espessura, de tal modo a possibilitar a moldagem dos três modelos de cada série em uma só operação de concretagem.

Os modelos foram moldados verticalmente e os adensamentos foram feitos usando vibrador de agulha. As séries 1 e 2 necessitaram de duas operações de mistura do concreto em função da capacidade da betoneira, as demais apenas uma.

Em cada moldagem foram executados 6 corpos-de-prova cilíndricos (100mm x 200mm), que eram ensaiados 2 com 7 dias, para se ter uma idéia do progresso da resistência, e os demais no dia do ensaio, sendo 2 com controle de força e 2 com controle de deformação radial, os resultados estão apresentados na tabela 2.

Foram tomados todos os cuidados com os posicionamentos das armaduras nas fôrmas, garantindo-se os cobrimentos especificados por espaçadores de argamassa e também de nylon.

Após a moldagem os pilares permaneciam nas fôrmas, sendo curados com uso de manta de espuma de borracha molhada e cobertos com lona plástica, durante 7 dias. Em seguida eram desmoldados e colocados no ambiente do Laboratório até as datas dos ensaios.

A estrutura de reação era um pórtico espacial metálico convenientemente ancorado, por meio de tirantes, na laje de reação em concreto armado do Laboratório de Estruturas do Departamento de Engenharia de Estruturas, EESC-USP. O pórtico era composto de 4 colunas e uma grelha horizontal fixada por meio de parafusos. A capacidade nominal era de 5000kN e permitia a movimentação da grelha ao longo da altura das colunas, possibilitando a variação da altura dos modelos estudados.

(Parte 1 de 12)

Comentários