Efeito do confinamento em elementos mistos de aço e concreto: avaliação experimental e comparação com normas - PDF
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Ruy Amaro Diegues
1 Efeito do confinamento em elementos mistos de aço e concreto: avaliação experimental e comparação com normas Confinement Effect in steel and concrete composite elements: experimental analyses and standard comparison Resumo SIMÕES, Renato(1); ARAÚJO, Ciro José R.V(2); JACITHO, Ana Elisabete P.G.A.(3); REQUEA, João Alberto V.(4); PITO JR., ewton O.(5) (1) e (2) Mestre, Departamento de Estruturas da FEC-UICAMP (3) e (5) Professor Doutor, Departamento de Estruturas da FEC-UICAMP (4) Professor Associado, Departamento de Estruturas da FEC-UICAMP Rua Albert Einstein, Campinas - S.P. O objetivo desta pesquisa é estudar o efeito do confinamento presente nos pilares mistos tubulares curtos preenchidos com concreto de resistência convencional, verificando assim como e quanto há de interação entre o tubo metálico e o concreto de preenchimento sob o efeito de carga axial de compressão comparando-o assim com os métodos de dimensionamentos propostos pelo EUROCODE 4 (1994) e pela especificação americana AISC-LRFD (1999). Para o estudo inicial foram ensaiados quatro modelos, de diferentes diâmetros e espessuras mas com altura padrão de 3(mm). Com isso pôde-se verificar que o confinamento existe nessas estruturas, entretanto a norma européia superestima esse efeito na sua consideração em projeto. Palavra-Chave: Confinamento, Pilares Mistos, Pilares Curtos, Aço, Concreto Abstract The principal aim of this research is to study the confinement effect in the short composite columns of steel filled with conventional concrete, verifying this way how and how much exists of material interaction between steel and concrete under effect of compression axial load, comparing the experimental results with the standard appointments of EUROCODE 4 (1994) and AISC-LRFD (1999). For the initial study were tested four specimens of different diameters and thickness however with standard height of 3mm. Thus could be verified that the confinement exist in this structural elements but the European standard overestimate this effect when it considered in structural design. Keywords: Confinement, Composite Column, Short Column, Steel, Concrete AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 1
2 1. Introdução Os pilares mistos, em especial os tubulares de aço e concreto, são elementos estruturais que estão sendo mais utilizados na arquitetura moderna, por causa do seu alto grau de esbeltez e elevada rigidez, permitindo assim o seu emprego em áreas com grandes atividades sísmicas, como Japão, Estados Unidos e China, e agora com os recentes abalos sísmicos surgidos no nordeste do Brasil, as pesquisas sobre estes elementos estruturais vem a ser de extrema importância para a segurança das edificações construídas nessas regiões. Segundo CIDECT Design Guide o. 5 (1991), existem alguns aspectos qualitativos que são vistos por Arquitetos e Engenheiros: Esbeltez com maior capacidade resistente; Estrutura metálica aparente possibilitando pinturas diversas; Fácil aplicação do concreto de preenchimento; Maior velocidade de montagem devido à diminuição do tempo de cura do concreto; Maior capacidade resistente ao fogo; Raramente apresentam problemas relacionados às ligações entre os elementos. Quando o aço e o concreto trabalham em conjunto (estrutura híbrida), sem que haja a separação dos materiais, verifica-se um aumento na capacidade resistente do elemento misto, quando comparado com a soma das capacidades resistentes isoladas do aço e do concreto. O confinamento, resultado do envolvimento do concreto com tubo metálico de seção circular, retangular ou quadrada, ainda é objeto de estudo, pois a análise experimental é de grande dificuldade tanto para este estudo como para estudos realizados por outros pesquisadores, principalmente nos tubos de seções retangulares e quadradas. A combinação da pressão lateral e da compressão axial no concreto, resulta em um estado triaxial de tensões, enquanto que o tubo fica tensionado biaxialmente. As deformações transversais causadas pela pressão lateral que agem em sentido contrário à tendência do concreto de expandir lateralmente é o resultado do aumento da capacidade resistente do elemento misto. Desta forma, a capacidade de força correspondente ao elemento misto é maior do que a soma das capacidades resistentes do aço e do concreto separadamente. Como a distribuição da pressão lateral do concreto nas seções transversais circulares é uniforme, e nas seções transversais quadradas e retangulares não, observa-se o efeito do confinamento com maior evidência nos tubos de seções circulares. Por isso, objetivou-se neste trabalho o estudo de tubos metálicos de seção circular, sem costura, laminados e preenchidos com concreto, realizando ensaios experimentais físicos, onde foram analisados o comportamento força deformação do concreto confinado, o AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 2
3 comportamento força deformação do tubo de revestimento, o acréscimo da capacidade resistente do pilar misto em função do confinamento do concreto, e as parcelas de resistência atribuídas ao perfil tubular e ao concreto de preenchimento, com os resultados obtidos dos ensaios. 2. METODOLOGIA Utilizou-se para esta pesquisa experimental, tubos de aço com seção transversal circular sem costura e concreto com cimento CP-V. As variáveis deste estudo foram o diâmetro do tubo e a sua espessura. Foram utilizados: três diâmetros (114,3; 141,3 e 168,3 milímetros) e quatro espessuras distintas (6,; 8,6; 6,3 e 7,2 milímetros). o caso do concreto, foi fixado a resistência característica à compressão em 25 MPa, por ser um concreto convencional. Para a elaboração das séries, foram selecionados tubos com as dimensões descritas na tabela 1 (diâmetro externo, espessura e comprimento). Tabela 1 - Séries e dimensões dos pilares mistos SÉRIES DIÂMETRO(mm) ESPESSURA(mm) COMPRIMETO(mm) 1, 1, 1 114,3 6, 3 2, 2, 2 114,3 8,6 3 3, 3, 3 141,3 6,3 3 4, 4, 4 168,3 7,2 3 As propriedades mecânicas destes tubos, indicadas pelo fabricante são: módulo de 2 elasticidade E = 25 / mm, coeficiente de Poisson υ =, 3 e limite de escoamento igual 3 MPa. Estas propriedades foram testadas no laboratório e comparadas com as fornecidas pelo fabricante. Os resultados dos ensaios podem ser vistos na tabela 2. Tabela 2 - Módulo de elasticidade e tensão de escoamento dos tubos metálicos MÓDULO DE TESÃO DE DEFORM. ESPECIF. DESCRIÇÃO SÉRIES ELASTICIDADE ESCOAMETO O ESCOAMETO mm MPa MPa 1, 1, 1 114,3 x 6, 26419,6 35,1 1,48 2, 2, 2 114,3 x 8, ,5 331,5 1,77 3, 3, 3 141,3 x 6, ,2 324,8 1,57 4, 4, 4 168,3 x 7, ,7 389, 1,92 AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 3
4 As séries mostradas na tabela 1 foram montadas com o objetivo de selecionar tubos que tivessem dimensões mais usuais no mercado da construção civil e as espessuras variassem de forma a permitir a comparação entre as relações diâmetro/espessura. As séries 1, 2, 3 e 4 são os ensaios inéditos e as séries 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4 são as repetições dos ensaios das séries 1, 2, 3 e 4. Todos os tubos foram cortados com 3 mm de altura e faceados em torno mecânico para se evitar excentricidades no carregamento Concretagem dos tubos A figura 1 mostra o posicionamento dos strain gages instalados no concreto internamente ao tubo de aço. Houve uma grande preocupação em garantir que os mesmos se mantivessem na posição vertical durante a concretagem. Todos os tubos foram preenchidos até aproximadamente 5% do volume total e adensados manualmente para o posterior preenchimento total. figura 1 - Concretagem dos tubos e posicionamento dos Strain gages no concreto O acabamento em uma das faces foi feito por meio de uma desempenadeira, aproximadamente 4 horas após o preenchimento dos tubos com concreto. Após passada a desempenadeira, cimento puro foi lançado na superfície e a mesma foi alisada para que a superfície ficasse lisa e alinhada com a extremidade do tubo. A outra extremidade ficou apoiada em uma placa de aço, a qual garantiu o acabamento liso e alinhado do concreto e do tubo. A figura 2 mostra o sistema que foi usado para aplicação de força nos pilares mistos. O acessório utilizado para nivelamento dos protótipos, foi um tubo metálico preenchido com concreto com capacidade resistente a compressão de aproximadamente 75 toneladas, projetado segundo o projeto de revisão da BR 88 (23). A superfície de contato de todos os acessórios foram faceadas para conseguir o máximo de nivelamento e assim evitar excentricidades geradas pelo sistema de aplicação de força. O macaco hidráulico foi posicionado na parte superior do pórtico de ensaios, juntamente com a célula de carga e na parte inferior foi posicionado o tubo metálico usado para nivelar os protótipos de ensaio até a célula, para que fossem medidos os níveis de carregamento. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 4
5 figura 2 - Sistema de aplicação de força para os pilares mistos Os pilares foram ensaiados, tendo a instrumentação externa feita conforme mostra a figura 3. Além dos strain gages instalados no concreto de preenchimento (figura 1), foram colocados strain gages verticais e horizontais na parede externa do tubo metálico. Além disso, dois relógios comparadores também foram usados com o objetivo de calibrar o carregamento e de analisar os deslocamentos dos pilares mistos. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 5
6 figura 3 - Instrumentação externa dos pilares mistos A figura 4 mostra os pilares já ensaiados. Um total de 12 pilares mistos foram ensaiados, divididos em séries conforme mostra a tabela 1. Em todos os ensaios, a aplicação da força de compressão nos pilares mistos ocorreu até o momento em que se observou um excesso de deformação plástica na parede dos tubos. figura 4 - Pilares Mistos já ensaiados para estudo do efeito do confinamento 3. AÁLISE DOS RESULTADOS Os dados obtidos nos ensaios dos pilares mistos, cujo objetivo foi avaliar o efeito do confinamento, são apresentados na forma de gráficos, que apresentam em sua ordenada os valores de força com a unidade no sistema internacional, e na abscissa estão os valores de deformação específica. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 6
7 Para a determinação da deformação vertical do pilar misto, utilizaram-se dois relógios comparadores conectados diretamente ao aquisitor de dados, e os valores (deslocamentos) lidos divididos pelo comprimento total dos protótipos de pilares curtos, padronizado em 3mm. Os resultados destas deformações estão mostrados nos gráficos da figura 5. 2 SÉRIE 1 (PILAR MISTO) 2 SÉRIE 2 (PILAR MISTO) FORÇA (k) RELÓGIO 1 MÉDIA FORÇA (k) RELÓGIO 2 MÉDIA 6 6 RELÓGIO 1 4 RELÓGIO ,,5 1, 1,5,,5 1, 1,5 2 SÉRIE 3 (PILAR MISTO) 2 SÉRIE 4 (PILAR MISTO) RELÓGIO 2 14 RELÓGIO 1 14 FORÇA (k) RELÓGIO 2 MÉDIA FORÇA (k) MÉDIA RELÓGIO 1,,5 1, 1,5 2,,5 1, 1,5 figura 5 - Deformação vertical do pilar misto a figura 6, foi feita a sobreposição dos gráficos das séries 1, 2, 3 e 4, com os respectivos comportamentos dos materiais trabalhando isoladamente e de forma mista, o que permite claramente verificar os acréscimos nas capacidades resistentes dos elementos, aliada ao efeito do confinamento. A capacidade resistente dos pilares mistos relacionada ao AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 7
8 escoamento do aço podem ser observadas nesta figura. Para o mesmo nível de carregamento, o tubo metálico e o concreto de preenchimento começam a apresentar deformação longitudinal e transversal maiores. A partir deste momento, a seção mista ainda mostra capacidade resistente para suportar níveis de carregamento maiores, porém com deformações muito mais acentuadas COMPARATIVO SÉRIE 1 PILAR MISTO X TUBO C/ PREECHIMETO X TUBO S/ PREECHIMETO X ) 2 18 COMPARATIVO SÉRIE 2 PILAR MISTO X TUBO C/ PREECHIMETO X TUBO S/ PREECHIMETO X ) PILAR MISTO TUBO COM PREECHIMETO FORÇA (k) 12 1 PILAR MISTO TUBO COM PREECHIMETO TUBO SEM PREEECHIMETO,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, FORÇA (k) TUBO SEM PREECHIMETO 6 4 2,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, FORÇA (k) COMPARATIVO SÉRIE 3 PILAR MISTO X TUBO C/ PREECHIMETO X X TUBO S/ PREECHIMETO X ) PILAR MISTO TUBO SEM PREECHIMETO,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, TUBO COM PREECHIMETO FORÇA (k) COMPARATIVO SÉRIE 4 PILAR MISTO X TUBO C/ PREECHIMETO X X TUBO S/ PREECHIMETO X ) PILAR MISTO TUBO COM PREECHIMETO TUBO SEM PREEECHIMETO,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, figura 6 - Análise comparativa das deformações verticais Ainda na figura 6 é possível observar que o tubo metálico para as séries 1 e 2 é quem recebe uma parcela maior de força em relação ao concreto, até que o mesmo atinja o escoamento. Para as séries 3 e 4 ocorreu uma inversão, onde o concreto foi quem mais absorveu mais força no início do carregamento e manteve esta absorção mesmo depois do escoamento do tubo metálico. A partir do escoamento do tubo metálico, o mesmo transfere a força excedente para o concreto que continua a absorvê-la criando um estado triaxial de tensões e a conseqüência desse fenômeno é a ocorrência do aumento da capacidade resistente do pilar. Portanto, podemos dizer que o confinamento nestes AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 8
9 ensaios ocorreu após o tubo metálico atingir o seu limite de escoamento e transferiu o excedente de força para o concreto de preenchimento. a figura 7 pode-se verificar o comportamento tensão deformação dos elementos constituintes do pilar misto das séries 1, 2, 3 e 4 sob carregamento em relação ao tubo e ao concreto sendo solicitados isoladamente. Para se conseguir analisar este comportamento, foi preciso determinar as parcelas de tensão que cada material estaria recebendo na seção mista. Com o auxilio dos gráficos da figura 8, foram selecionados alguns valores de deformação específica como,5, 1,, 1,5 e 2 e para cada deformação foi identificado o valor da força absorvida por cada material. Com os valores de força já identificados e com as áreas já dimensionadas de cada material na seção mista, obtiveram-se os valores de tensão para cada deformação (figura 7). 6 5 COMPARATIVO SÉRIE 1 - TESÃO x DEFORMAÇÃO TUBO C/ PREECHIMETO X TUBO S/ PREECHIMETO X COMPARATIVO SÉRIE 2 - TESÃO x DEFORMAÇÃO TUBO C/ PREECHIMETO X TUBO S/ PREECHIMETO X TUBO PREECHIDO 45 TESÃO (MPa) TUBO PREECHIDO TUBO SEM PREECHIMETO TESÃO (MPa) TUBO SEM PREECHIMETO ,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 6 COMPARATIVO SÉRIE 3 - TESÃO x DEFORMAÇÃO TUBO C/ PREECHIMETO X TUBO S/ PREECHIMETO X 6 COMPARATIVO SÉRIE 4 - TESÃO x DEFORMAÇÃO TUBO C/ PREECHIMETO X TUBO S/ PREECHIMETO X 5 5 TESÃO (MPa) TUBO PREECHIDO TUBO SEM PREECHIMETO TESÃO (MPa) TUBO PREECHIDO TUBO SEM PREECHIMETO 1 1,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 figura 7 - Tensão x Deformação do tubo e do concreto constituinte do pilar misto AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 9
10 O gráfico da figura 7 mostra o ganho de capacidade resistente dos materiais, aço e concreto constituintes do pilar misto em relação aos materiais sendo solicitados isoladamente. Atribuiu-se o ganho de capacidade resistente do tubo metálico ao concreto que impede as deformações locais da parede do tubo e a do concreto ao confinamento pela parede do tubo metálico. O comportamento do concreto, nas séries 1, 2, 3 e 4 que é o principal responsável pelo bom comportamento da seção mista em relação a capacidade resistente, estão ampliados na figura 8. A partir destes gráficos foi possível observar o quanto de aumento na capacidade resistente do concreto foi possível por meio do confinamento do concreto pelo tubo de revestimento. E que este ganho foi proporcional a espessura da parede dos tubos de revestimentos. COMPARATIVO SÉRIE 1 - TESÃO x DEFORMAÇÃO X COMPARATIVO SÉRIE 2 - TESÃO x DEFORMAÇÃO X TESÃO (MPa) TESÃO (MPa) ,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 2,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 12 COMPARATIVO SÉRIE 3 - TESÃO x DEFORMAÇÃO X 12 COMPARATIVO SÉRIE 4 - TESÃO x DEFORMAÇÃO X 1 1 TESÃO (MPa) TESÃO (MPa) ,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 2,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 figura 8 - Comportamento Tensão x Deformação do concreto de preenchimento da seção mista. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 1
11 Para avaliar o efeito da relação diâmetro/espessura, foi elaborado um gráfico que comparou o comportamento tensão x deformação dos tubos metálicos de revestimento na seção mista das séries 1, 2, 3 e 4. A figura 9 mostra este comparativo, incluindo os valores da relação diâmetro/espessura. A série 2, que apresenta uma relação diâmetro/espessura baixa em relação as demais séries, foi a que apresentou maior capacidade de absorção de tensão. 6 COMPARATIVO GERAL - TESÃO x DEFORMAÇÃO TUBO DO PILAR MISTO - SÉRIES 1, 2, 3 E 4 5 TESÃO (MPa) SÉRIE 2 - t=8,6 - (D/t=13,29) SÉRIE 3 - t=6,6 - (D/t=21,41) SÉRIE 4 - t= 7,1 - (D/t=23,7) 1 SÉRIE 1 - t= 6, - (D/t=19,5),,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 figura 9 - Comportamento Tensão x Deformação do tubos de revestimento das séries 1, 2, 3 e 4 Para avaliar o efeito da relação diâmetro/espessura no concreto de preenchimento, elaborou-se o gráfico mostrado na figura 1. O concreto que apresentou maior nível de confinamento foi o da série 2, onde a relação diâmetro/espessura foi menor. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 11
12 12 COMPARATIVO GERAL - TESÃO x DEFORMAÇÃO SÉRIES 1, 2, 3 E 4 1 SÉRIE 3 - t=6,6 - (D/t=21,41) SÉRIE 4 - t= 7,1 - (D/t=23,7) TESÃO (MPa) SÉRIE 2 - t=8,6 - (D/t=13,29) SÉRIE 1 - t= 6, - (D/t=19,5) 2,,25,5,75 1, 1,25 1,5 1,75 2, 2,25 figura 1 - Comportamento Tensão x Deformação do concreto de preenchimento das séries 1, 2, 3 e 4 Com o objetivo de comparar os valores últimos de força aplicados nos pilares mistos EXP., com os valores recomendados pelas normas de dimensionamento, elaborou-se a tabela 3. Os valores de coeficientes de segurança foram desprezados e os valores característicos dos materiais E, E, f, e f foram retirados de ensaios de a c Y caracterização. Os valores obtidos para C e Sd são iguais, pois o projeto de revisão da norma brasileira BR 88 (23), segue as mesmas recomendações do EUROCODE 4 (1994). Ambas levam em consideração o efeito do confinamento do concreto. A especificação americana AISC-LRFD (1999), não leva em consideração o efeito do confinamento do concreto e o dimensionamento segue o mesmo caminho do dimensionamento de estruturas metálicas, porém com alterações em alguns parâmetros para levar em consideração a presença do concreto. Por não levar em consideração o efeito do confinamento, o dimensionamento proposto pelo AISC-LRFD (1999), subestima a capacidade resistente das seções mistas. cm AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 12
13 Tabela 3 - Comparativo dos resultados experimentais de forças de compressão máxima em relação aos propostos pelas normas. SÉRIES DESCR. (mm) Ea Ec fy f cm EXP. C BR88AISC-LRFD EUROCODE 4 (23) R (1999) Sd (1994) MPa MPa MPa MPa k k k k 1 114,3 x 6,26419, ,128, ,3 x 6,26419, ,128, ,3 x 6,26419, ,128, ,3 x 8, , ,528, ,3 x 8, , ,528, ,3 x 8, , ,528, ,3 x 6,326921, ,828, ,3 x 6,326921, ,828, ,3 x 6,326921, ,828, ,3 x 7,222145, , ,3 x 7,222145, , ,3 x 7,222145, , A tabela 3 relaciona os valores experimentais com os valores das normas. Tabela 4 - Valores experimentais de forças de compressão máxima em relação aos propostos pelas normas SÉRIES DESCR. (mm) EXP. C BR88 (23) R AISC- LRFD (1999) (k) Sd EURO CODE 4 (1994) (k) / BR88 (23) EXP. C / R AISC- LRFD (1999) AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 13 EXP. / Sd EURO CODE 4 (1994) (k) 1 114,3 x 6, ,11 1,55 1, ,3 x 6, ,9 1,26, ,3 x 6, ,1 1,53 1, ,3 x 8, ,16 1,59 1, ,3 x 8, ,2 1,64 1, ,3 x 8, ,16 1,6 1, ,3 x 6, ,98 1,42, ,3 x 6, ,97 1,41, ,3 x 6, ,2 1,47 1, ,3 x 7, ,79 1,15, ,3 x 7, ,77 1,13, ,3 x 7, ,77 1,12,77 O projeto de revisão da norma brasileira BR 88 (23) e o EUROCODE 4 (1994), para o dimensionamento da capacidade resistente de pilares mistos de seção circular preenchidos com concreto, levam em consideração o efeito do confinamento do concreto pelo tubo metálico. A tabela 5 mostra que na maioria dos resultados, a relação dos valores obtidos experimentalmente e dos valores obtidos pelas recomendações destas normas estão muito próximos e em alguns casos até menores. Isso significa que o método proposto para o dimensionamento de pilares mistos com seção circular preenchidos com concreto está considerando que o efeito do confinamento é mais EXP.
14 favorável do que realmente se percebeu nos resultados obtidos neste trabalho. O Comitê Brasileiro de Construção Civil apresentou no ano de 27, uma nova versão do Projeto de Revisão da BR 88, onde o efeito do confinamento do concreto deixou de ser levado em consideração. A relação dos valores obtidos experimentalmente com os valores recomendados pela especificação americana foram maiores em todos os casos. A especificação americana não leva em consideração o efeito do confinamento do concreto e por esse motivo os pilares mistos têm a capacidade resistente diminuída em relação aos valores experimentais obtidos neste trabalho. As normas BR 88 (23), o EUROCODE 4 (1994) e o AISC LRFD (1994) levam em consideração a tensão de escoamento no dimensionamento e por este motivo, elaborouse a tabela 6 com os valores de força resistente para o início de escoamento ESC.. Para isso utilizou-se os gráficos da figura 8. SÉRIES Tabela 5 - DESCR. (mm) Valores experimentais de forças de compressão no escoamento, em relação aos propostos pelas normas. ESC. força de escoamento (k) C BR88 (23) (k) R AISC- LRFD (1999) Sd EURO CODE 4 (1994) / ESC. C BR88 (23) / ESC. AISC- LRFD (1999) R / ESC. Sd EURO CODE 4 (1994) (k) (k) 1 114,3 x 6, ,69,97, ,3 x 6, ,66,92, ,3 x 6, , ,3 x 8, ,71,98, ,3 x 8, ,75 1,2, ,3 x 8, , ,3 x 6, , ,3 x 6, ,73 1,5, ,3 x 6, ,72 1,4, ,3 x 7, ,59,87, ,3 x 7, ,49,72, ,3 x 7, ,57,83,57 4. COCLUSÕES A resistência última do concreto confinado em relação ao concreto sem confinamento foi maior em todos os casos estudados. O concreto confinado foi capaz de absorver força para deformações acima de 2. O tubo de revestimento também apresentou em todos os casos, um bom comportamento com relação à absorção de força, ou seja, os tubos preenchidos apresentaram maiores capacidades resistentes em relação aos tubos vazios. O aumento da capacidade AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 14
15 resistente do tubo se deve pela contenção das deformações locais da parede do tubo pelo concreto de preenchimento. Analisando as parcelas de resistências atribuídas ao perfil tubular e ao concreto de preenchimento, pode-se afirmar que o tubo metálico de revestimento, no primeiro estágio de carregamento, é o principal responsável pela absorção de força e que esta responsabilidade só é atribuída ao concreto de preenchimento, quando o mesmo atinge o nível de escoamento. A partir deste ponto, o tubo pára de absorver a força, e transfere para o concreto esta absorção, ultrapassando inclusive o seu limite de deformação de 2 para compressão pura. Portanto, este estudo mostra que os materiais aço e concreto, trabalhando de forma mista, contribuem para o aumento da capacidade resistente da seção de pilares mistos de aço e concreto, se comparados com a capacidade resistente desses mesmos materiais trabalhando isoladamente. Porém alguns fatores importantes devem ser verificados para que isso ocorra: A espessura da parede dos tubos não deve ser fina, respeitando os limites da relação diâmetro/espessura; A deformação de início de escoamento do aço deve ser compatível com a deformação de ruptura do concreto, ou seja, se o aço tiver uma deformação específica para escoamento acima de 2, teremos a ruptura do concreto antes do aço atingir o escoamento e conseqüentemente a seção trabalhará como uma seção pura de aço sem a parcela de contribuição do concreto; Utilizando-se um concreto de resistência normal, aproveita-se melhor os dois materiais estruturais, pois este concreto é mais deformável; Todos os pilares mistos devem ter um índice de esbeltez baixo para se enquadrar no tipo curto e assim o efeito do confinamento poder ser obtido. Com relação ao estudo das normas, os valores obtidos para a compressão axial da seção mista segundo a BR 88 (23) e do EUROCODE 4 (1994) são em média 3% maiores do que os valores obtidos experimentalmente neste estudo. Para a especificação americana AISC LRFD (1994), os valores obtidos de cálculo para a compressão axial da seção mista foram praticamente os mesmos obtidos experimentalmente neste estudo. O concreto presente nos tubos não foi instrumentado para se medir as deformações de retração, entretanto como o volume de concreto para cada pilar foi pequeno, essa deformação pôde ser desprezada. A não interferência da retração do concreto no comportamento do tubo preenchido pode ser verificada pelas medidas de deformação do concreto e do tubo de aço, feitas com o uso de strain gages instalados nos dois materiais isoladamente. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 15
16 E ainda além dos fatores positivos relacionados à capacidade resistente, podemos afirmar que este elemento estrutural apresenta também grandes vantagens com relação aos métodos construtivos, ou seja, grandes velocidades de montagem das estruturas no campo e fácil execução na fabricação. 5. REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS A.I.S.C. AMERICA ISTITUTE OF STEEL COSTRUCTIO (1999) LRFD Specification for Structural Steel Buildings. CIDECT. For Concrete Filled Hollow Section Columns Under Static and Seismic Loading. v. 5, Germany, EUROCODE 4, Design of Composite Steel and Concrete Structures. Part 1.1 (1994). BR 88 Projeto e Execução de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas Aço- Concreto de Edifícios. Projeto de Revisão da BR 88, agosto AGRADECIMETOS À V&M do Brasil, pela doação de material, à FAPESP pela concessão de Auxílio à Pesquisa e aos técnicos do Laboratório de Estruturas da FEC-UICAMP. AAIS DO 5º COGRESSO BRASILEIRO DO COCRETO - CBC28 5CBC55 16
ESTUDO EXPERIMENTAL DO EFEITO DO FOGO EM PILARES MISTOS CURTOS DE AÇO E CONCRETO
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO ESTUDO EXPERIMENTAL DO EFEITO DO FOGO EM PILARES MISTOS CURTOS DE AÇO E CONCRETO Ciro José Ribeiro Villela Araujo
ESTUDO DO EFEITO DE CONFINAMENTO DO CONCRETO EM PMP CURTOS CONFINEMENT EFFECT IN CFT SHORT COLUMNS
ISSN 1809-5860 ESTUDO DO EFEITO DE CONFINAMENTO DO CONCRETO EM PMP CURTOS Walter Luiz Andrade de Oliveira 1 & Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs 2 Resumo Além de importantes aspectos construtivos dos pilares