GALANO e VIGNOLI (2008)

Realizaram um estudo experimental de 60 pilares esbeltos de concreto armado submetidos a flexo-compressão normal, constituídos de concreto de alta resistência auto-adensável e de concreto tradicional, ou seja, com a utilização de vibrador de imersão para auxiliar no adensamento do concreto.

O objetivo da pesquisa foi analisar o desempenho dos pilares nos seguintes aspectos: tipos de ruína, padrão de fissuração, forças últimas e ductilidade.

As principais variáveis do estudo foram a resistência do concreto, a taxa de armadura longitudinal e a excentricidade da força.

Todos os pilares possuíam a seção transversal de 100 mm x 100 mm e comprimento de 2000 mm. O concreto utilizado apresentou uma resistência à compressão entre 40 MPa e 100 MPa.

O concreto usado na fabricação dos pilares foi obtido por sete misturas distintas, com diferentes resistências especificadas. As misturas HSCA, HSCB e HSCC representam o concreto convencional vibrado de alta resistência, com uma resistência especificada de 70 MPa, 80 MPa e 100 MPa aos 28 dias. As misturas SCCE e SCCF, são para concretos auto-adensáveis com resistência especificada de 80 MPa e 95 MPa aos 28 dias. As misturas NSCD são para concretos convencionais com resistência de 40 MPa aos 28 dias, e a mistura SCCG é para concreto auto-adensável com resistência especificada de 40 MPa aos 28 dias.

Foram utilizados quatro tipos diferentes de arranjos de armaduras longitudinais e transversais. As letras A, B, C e D foram utilizadas para distinguir cada arranjo de armadura utilizada.

Os pilares tipo A e C possuíam uma armadura longitudinal de 4 barras de 8 mm (ρ = 2,01%), enquanto os pilares tipo B e D possuíam uma armadura longitudinal de 4 barras de 12 mm (ρ = 4,52%).

Os pilares tipo A e B, possuíam uma armadura transversal composta de estribos de 6 mm de diâmetro e espaçamento de 80 mm. Os pilares tipo C e D possuíam o mesmo tipo de armadura e espaçamento de 40 mm. O espaçamento dos estribos obedeceu às recomendações da norma Italiana de estruturas de concreto armado. A Figura 2.30 mostra a geometria e os detalhes da armadura utilizada.

Figura 2.30 – Geometria e detalhamento da armadura – GALANO e VIGNOLI (2008) Os pilares foram ensaiados com a excentricidade inicial aplicada na mesma direção, tanto na extremidade superior quanto na extremidade inferior. A força excêntrica foi aplicada desviando-se o eixo das rótulas em relação ao eixo dos pilares, com uma precisão de ± 0,5 mm. O comprimento equivalente do pilar considerando o sistema de vinculação foi

de le = 2120 mm e a esbeltez foi igual a λ = 73,4.

O sistema de vinculação foi do tipo bi-apoiado, com duas rótulas, sendo uma superior e outra inferior. Foi colocada também uma extremidade de aço na cabeça dos pilares para melhorar o confinamento dessas regiões.

Os ensaios foram realizados com um controle dos deslocamentos, com uma taxa constante de 0,5 mm/min, e um macaco hidráulico com capacidade de 500 kN de força. A duração de cada ensaio foi de 10 minutos a 30 minutos.

Durante os ensaios, a força foi medida por uma célula de força e o deslocamento horizontal medido à meia altura do pilar foi obtido por meio de um defletômetro. Cada pilar foi instrumentado com cinco extensômetros, sendo um na face comprimida e quatro na face tracionada, ambos na região central dos pilares. As armaduras não foram instrumentadas e a curvatura foi obtida apenas pelas deformações obtidas. A Figura 2.31 mostra o esquema de ensaio e o posicionamento da instrumentação utilizada.

Figura 2.31 – Esquema de ensaio – GALANO e VIGNOLI (2008)

As ruínas foram caracterizadas pela ruptura do concreto da face comprimida, apresentando um comportamento qualitativo aproximado entre os pilares concretados com concreto auto-adensável e concreto comum. A Tabela 2.17 mostra os dados de ruína dos pilares ensaiados.

Tabela 2.17 – Resultados dos pilares - GALANO e VIGNOLI (2008)

Pilar e1 (mm) Espaçam. _Estribos fc (MPa) Ecs (GPa) Fu (kN) eT (mm) Pilar e1 (mm) Espaçam. _Estribos fc (MPa) Ecs (GPa) Fu (kN) eT (mm)

HSCA-A-25 24,5 80 85 40,2 154,92 44,99 HSCC4-C-25 24 40 118,7 - 164 43,56 HSCA-A-13 13 80 85 40,2 290,48 29,19 HSCC4-C-18 18 40 118,7 - 247 35,90 HSCA-A-8 7,5 80 85 40,2 417,40 22,90 HSCC4-C-13 13 40 118,7 - 385 30,64 HSCA-B-25 25 80 85 40,2 191,50 61,03 HSCC4-D-25 25 40 118,7 - 229 58,35 HSCA-B-13 13 80 85 40,2 336,56 33,50 HSCC4-D-18 17,5 40 118,7 - 282 39,81 HSCA-B-8 7 80 85 40,2 452,87 21,02 HSCC4-D-13 12 40 118,7 - 424 30,15 HSCB-A-25 24 80 87 39,9 171,52 44,59 NSCD-A-25 24 80 43,1 31,8 126 50,05 HSCB-A-13 13 80 87 39,9 338,32 31,11 NSCD-A-13 13 80 43,1 31,8 216 27,94 HSCB-A-8 7,5 80 87 39,9 444,70 16,18 NSCD-A-8 7 80 43,1 31,8 297 20,20 HSCB-B-25 25 80 87 39,9 198,75 56,53 NSCD-B-25 24 80 43,1 31,8 164 54,06 HSCB-B-13 12,5 80 87 39,9 378,86 25,09 NSCD-B-13 12 80 43,1 31,8 249 28,96 HSCB-B-8 8,5 80 87 39,9 437,13 16,47 NSCD-B-8 6 80 43,1 31,8 327 19,71 HSCC1-A-25 25 80 113 49,8 173,22 47,86 SCCE-A-25 25 80 88,8 40,4 141 53,09 HSCC1-A-20 19 80 113 49,8 242,89 37,02 SCCE-A-13 12 80 88,8 40,4 284 22,93 HSCC1-A-13 13 80 113 49,8 348,07 24,65 SCCE-A-8 7 80 88,8 40,4 337 14,00 HSCC1-B-30 30 80 113 49,8 182,83 65,85 SCCE-B-25 25 80 88,8 40,4 213 57,57 HSCC1-B-20 19 80 113 49,8 269,15 41,29 SCCE-B-13 12 80 88,8 40,4 328 25,17 HSCC1-B-13 13 80 113 49,8 361,02 27,82 SCCE-B-8 7 80 88,8 40,4 425 16,22 HSCC2-A-25 25 80 131 - 195,89 47,79 SCCF-A-25 25 80 100,1 42,70 170 47,45 HSCC2-A-18 18 80 131 - 280,21 35,62 SCCF-A-13 12 80 100,1 42,70 335 23,76 HSCC2-A-13 13 80 131 - 419,02 29,89 SCCF-A-8 8 80 100,1 42,70 451 17,14 HSCC2-B-25 25 80 131 - 206,48 54,76 SCCF-B-25 24 80 100,1 42,70 210 57,74 HSCC2-B-18 20 80 131 - 284,39 44,27 SCCF-B-13 13 80 100,1 42,70 340 27,16 HSCC2-B-13 12 80 131 - 405,99 29,86 SCCF-B-8 7 80 100,1 42,70 530 13,51 HSCC3-C-25 25 40 118 - 190,72 45,52 SCCG-A-25 24 80 48,4 30,00 111 49,41 HSCC3-C-18 18 40 118 - 264,54 34,70 SCCG-A-13 13 80 48,4 30,00 178 30,35 HSCC3-C-13 13 40 118 - 384,63 25,26 SCCG-A-8 8 80 48,4 30,00 232 22,59 HSCC3-D-25 24 40 118 - 229,43 61,74 SCCG-B-25 24 80 48,4 30,00 154 54,53 HSCC3-D-18 18 40 118 - 296,69 38,36 SCCG-B-13 13 80 48,4 30,00 222 33,77 HSCC3-D-13 12 40 118 - 406,16 29,01 SCCG-B-8 9 80 48,4 30,00 226 26,29

O autor verificou que a deformação última do concreto verificada foi acima de 3 ‰ para todos os pilares ensaiados, exceto para o pilar SCCG-B-25 que apresentou uma ruptura anormal fora da região central do pilar, e apresentando uma deformação última de 4 ‰, indicando que o limite de 3 ‰ para a deformação do concreto apresenta mais segurança no dimensionamento de pilares.

Foi verificado também que os pilares feitos com concreto auto-adensável com resistência próxima a 40 MPa apresentou um comportamento mais dúctil e uma ruptura menos frágil que os demais. A força última, porém, foi menor que a força última dos pilares feitos com concreto convencional. Para os pilares moldados com concreto de alta resistência, a capacidade última e os valores de ductilidade apresentaram valores similares para todas as misturas, tanto para concretos convencionais quanto para concretos auto-adensáveis.

2.4.8 LIN et al. (2008)

Realizaram um estudo experimental de 32 pilares de concreto armado, utilizando concreto convencional, vibrado in loco, e concreto auto-adensável. Foram ensaiados 16 pilares utilizando concreto armado comum e 16 pilares de concreto armado auto-adensável. Foram utilizados concretos com resistências de 28 MPa, 41 MPa e 50 MPa. Para os concretos comuns adensados in loco foi utilizada a nomenclatura N e para os concretos auto-adensáveis foi utilizada a nomenclatura S. A tensão de escoamento da armadura longitudinal foi de 552 MPa.

Os pilares possuíam seção transversal de 300 mm x 300 mm, altura constante de 1400 mm, com taxas de armadura de 1,72 %, 2,55 % e 3,44 %. Os pilares foram armados de tal forma a prevenir uma ruína localizada nos extremos, e obter uma ruína na região central dos pilares. A disposição das armaduras e a instrumentação das barras é mostrada na Figura 2.32.

Figura 2.32 – Disposição da armadura e instrumentação das barras – LIN et al. (2008) Seis pilares (N1, N2, N3, S1, S2 e S3) foram moldados sem estribos para evitar o confinamento do concreto dos pilares, para avaliar a resistência do concreto e para realizar uma comparação com os resultados dos corpos-de-prova cilíndricos. Os estribos foram confeccionados com armadura de Ф10 mm, e o espaçamento dos estribos foi de 60, 68, 90,

113, 135 e 150 mm. Os demais pilares foram armados com estribos segundo as recomendações do ACI 318:2005 para sismos.

Para a medição das deformações axiais foram utilizados seis defletômetros elétricos na região central. A armadura longitudinal e os estribos foram instrumentados com extensômetros elétricos na região central dos pilares, e os deslocamentos horizontais foram obtidos por LVDTs posicionados na região de ensaio.

Os pilares foram ensaiados por carregamentos incrementais até a ruptura, utilizando um sistema de aplicação de forças com capacidade de 6000 kN. O sistema de vinculação foi do tipo birrotulado nas extremidades.

Durante cada passo de força, as aberturas de fissuras foram verificadas com o auxílio de um microscópio portátil que possuía uma escala com precisão de 0,05 mm. A Figura 2.33 mostra o sistema de ensaio utilizado por LIN et al. (2008).

Os autores concluíram que os pilares moldados com concreto auto-adensável apresentaram uma rigidez superior aos moldados com concreto convencional, moldado in loco, apresentando um aumento de aproximadamente 15 % da força de ruína. A ductilidade do concreto auto-adensável confinado foi melhor que o do concreto convencional, apresentando um aumento de aproximadamente 32 % na ductilidade.

Os pilares moldados com concreto auto-adensável apresentaram menores aberturas de fissuras que os pilares moldados com concreto convencional. As aberturas de fissuras dos pilares com concreto auto-adensável foram de aproximadamente 82 % das aberturas de fissuras dos pilares moldados com concreto convencional.

Foi verificado que uma grande quantidade agregado graúdo melhora o comportamento mecânico do concreto endurecido. É sugerido que a quantidade de agregado graúdo nos pilares auto-adensáveis pode ser a mesma quantidade para o concreto convencional, sendo

recomendado um mínimo de 900 kg/m3_.

O concreto auto-adensável utilizado na pesquisa apresentou um desempenho estrutural satisfatório.

2.4.9 NAGATO (1987)

Realizou um estudo numérico e experimental de peças de concreto armado com seção transversal circular e armadura longitudinal uniformemente distribuída no perímetro, onde o principal objetivo foi analisar a contribuição da força normal e da taxa de armadura longitudinal na resistência à força cortante.

Apesar do trabalho não ter sido especificamente sobre pilares de concreto armado submetidos a flexo-compressão normal, o autor desenvolveu um programa computacional denominado de CACODI (Programa de análise de seções de concreto armado sob flexo- compressão normal baseado no campo de compressão diagonal), que analisa uma seção transversal submetida a uma ação combinada de força axial, força cortante e momento fletor, possuindo pelo menos um eixo de simetria.

Os resultados obtidos pelo programa CACODI apresentaram-se de forma adequada, representando o estado de tensões e deformações ao longo da altura da seção para qualquer estágio de carregamento.

O programa CACODI apresenta a possibilidade de se ignorar a força cortante na seção transversal, podendo ser aplicado também para seções de concreto armado submetidas a flexo-compressão normal.

O programa CACODI serviu como base para o desenvolvimento dos modelos numéricos que analisa pilares birrotulados de concreto armado, sob carregamento incremental até a ruína, levando-se em conta os efeitos de segunda ordem.

Maiores detalhes das características e funcionamento do programa CACODI serão mostradas no CAPÍTULO 5.