BOLETIM TÉCNICO PEF-ESPUSP - Laboratório de Mecânica ... · aditivos redutores de água de alto...

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

BOLETIM TÉCNICO PEF-ESPUSP

Título:

Análise Experimental de Pilares de Concreto de Alta Resistência com

Adição de Fibras Metálicas

ANA ELISABETE P. GUIMARÃES

TÚLIO NOGUEIRA BITTENCOURT

FERNANDO REBOUÇAS STUCCHI

PEDRO AFONSO DE OLIVEIRA ALMEIDA

São Paulo dezembro / 2001

ÍÍÍNNNDDDIIICCCEEE

1 - INTRODUÇÃO11 -- IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO ....................................................................................................................................................................................................................................................................................... 222

2 – PESQUISA SOBRE PILARES22 –– PPEESSQQUUIISSAA SSOOBBRREE PPIILLAARREESS........................................................................................................................................................................................................................ 444

2.1 – MATERIAIS ENVOLVIDOS22..11 –– MMAATTEERRIIAAIISS EENNVVOOLLVVIIDDOOSS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 444 2.1.1 – Concreto de Alto Desempenho 4

2.1.2 – Concreto com Fibras 7

2.1.3 – Pilares de CAD 10

2.1.4 – Uso das Fibras em Pilares de Concreto de Alta Resistênia 16

3 – PESQUISA SOBRE PILARES33 –– PPEESSQQUUIISSAA SSOOBBRREE PPIILLAARREESS.................................................................................................................................................................................................................. 111888

3.1 – METODOLOGIA EXPERIMENTAL33..11 –– MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALL ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 111888

3.2 – PROGRAMA DE ENSAIOS33..22 –– PPRROOGGRRAAMMAA DDEE EENNSSAAIIOOSS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 111999

3.3 – OBTENÇÃO DO CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA33..33 –– OOBBTTEENNÇÇÃÃOO DDOO CCOONNCCRREETTOO DDEE AALLTTAA RREESSIISSTTÊÊNNCCIIAA ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 222000 3.3.1 - Materiais 20

3.4 – EXECUÇÃO DOS PILARES33..44 –– EEXXEECCUUÇÇÃÃOO DDOOSS PPIILLAARREESS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 222333 3.4.1 - Armadura 23

3.4.2 - Fôrmas 26

3.4.3 – Instrumentação da Armadura 27

3.4.4 – Concretagem dos pilares 28

3.5 – PESQUISA SOBRE PILARES33..55 –– PPEESSQQUUIISSAA SSOOBBRREE PPIILLAARREESS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 333111 3.5.1 - Resistência Média à Compressão 31

3.5.2 – Cálculo do Índice de Tenacidade do Concreto com Fibras Metálicas 32

3.5.3 – Ensaios dos Pilares 33

3.5.4 – Resultados dos Ensaios dos Pilares 36

3.5.5 – Comparação com outros autores 44

3.5.6 – Conclusão 47

4 – CONCLUSÃO44 –– CCOONNCCLLUUSSÃÃOO .................................................................................................................................................................................................................................................................................... 444888

5 - BIBLIOGRAFIA55 -- BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFIIAA ........................................................................................................................................................................................................................................................................... 444888

111 --- IIINNNTTTRRROOODDDUUUÇÇÇÃÃÃOOO

Nos grandes centros urbanos onde o poder aquisitivo da população é maior, o número de

veículos na região aumenta e com isto há necessidade de mais espaço nas garagens. Este

problema econômico exige solução arquitetônica com mais espaços livres e, por conseguinte,

indica que na solução estrutural, os pilares sejam mais esbeltos e o espaço entre eles seja maior.

Os pilares construídos com Concreto de Alto Desempenho (CAD) vieram solucionar esta

questão, com a execução de elementos submetidos à compressão, de dimensões menores. Para

vigas e lajes, a utilização do CAD é vantajosa quando a questão é a durabilidade da estrutura,

pois são peças estruturais solicitadas também a tensões de tração.

Mas aumentando a resistência do concreto, a ductilidade do material diminui, tornando

frágil a sua ruptura. No CAR a curva tensão x deformação é mais linear, e a deformação para a

resistência máxima é maior quando comparada com a que ocorre para os concretos de resistência

convencional. Em LIMA(1997) pode-se encontrar uma vasta revisão bibliográfica sobre os

trabalhos que vem sendo desenvolvidos sobre pilares de CAR, com respeito a tenacidade,

ductilidade e confinamento do núcleo sendo que no Brasil, um dos trabalhos pioneiros foi o de

AGOSTINI(1992), analisando pilares com armadura helicoidal, submetidos à compressão

centrada e flexão normal composta.

O comportamento de pilares em CAD, segundo PAULTRE et al.(1996), é caracterizado

pela ruptura rápida e repentina do cobrimento de concreto. Contribuindo para o fenômeno está a

fragilidade na interface entre o concreto confinado e o não confinado (cobrimento), criado pela

armadura. Em GUIMARÃES(1999), concluiu-se que as fibras impedem a separação prematura

do cobrimento de concreto nos pilares. Deste modo o efeito das fibras casualmente posicionadas

na massa de concreto, atrasa esta ruptura antes do pilar atingir o colapso. O destacamento

prematuro do cobrimento de concreto nos pilares em CAD é observado quando concretos sem

fibras com resistências superiores - 80MPa ou mais - são usados.

O prof. Paulo Helene, em entrevista à revista téchne (HELENE(1999)), discute a

durabilidade das estruturas de concreto, quanto à espessura normalmente usada para o

cobrimento das armaduras. Segundo ele, o cobrimento é um fator limitante da vida útil das

estruturas, mas implica em aumento de custos da obra. A norma americana de 1910 indicava

para cobrimento mínimo das armaduras para uso em pilares, a espessura de 5cm, enquanto que a

norma brasileira de 1940 dava indicações de 1,5cm de espessura mínima.

Um acontecimento mundial, a destruição das torres do World Trade Center, recentemente

mostrou a importância de estudos que viabilizem a construção de estruturas mais dúcteis, onde a

energia de deformação da estrutura, principalmente dos pilares, seja maior, para que a estrutura

como um todo tenha reserva de energia pós-ruptura, permitindo assim que vidas sejam salvas.

A figura 1.1 ilustra a flambagem que a chapa de concreto que constitui o cobrimento de

armadura sofre quando da aplicação da força nos pilares, que é reportado em LANGLOIS &

PAULTRE(1996). Com um mínimo de adição de fibras ao concreto, esta flambagem do

cobrimento não ocorre mais, visto que as fibras “costuram” o cobrimento junto ao núcleo, mas,

sem fazer com que a seção transversal total seja mais resistente à força aplicada no pilar.

Esta qualidade das fibras em controlar a fissuração pode ser usada para impedir o

destacamento prematuro do cobrimento dos pilares carregados, enquanto aumenta a ductilidade e

resistência ao meio agressivo. O aumento da ductilidade de elementos estruturais é uma

qualidade muito procurada em projetos de estruturas para suportar ações sísmicas.

Os trabalhos desenvolvidos no Canadá visam principalmente a resistência do concreto à

aplicações de carregamento cíclico, como é reportado em LANGLOIS & PAULTRE(1996) e

LEVESQUE(1998), onde fizeram-se estudos da aplicabilidade do concreto com fibras metálicas

em pilares sob a aplicação de força centrada e cíclica, visando aumento no confinamento do

núcleo dos elementos, dado pelos estribos, e a ductilidade sob a ação de carregamento cíclico,

onde a conclusão obtida pelos pesquisadores foi de que as fibras aumentam o efeito de

confinamento, desde que este efeito seja dado principalmente pelo arranjo dos estribos.

flambagem do cobrimento da armadura

plano de ruptura definido pela armadura

com

prim

ento

de

fla

mba

gem

do c

obrim

ento

da

arm

adur

a

Figura 1.1 – Destacamento do Cobrimento da Armadura

(LANGLOIS & PAULTRE(1996))

A adição de fibras no concreto visa aumentar a tenacidade do material e com isso

aumentar a ductilidade das estruturas, proporcionando a elas maiores deformações quando da

aplicação de ações.

Os edifícios altos são imprescindíveis, tendo em vista a urbanização e o crescimento

populacional, e eles podem assumir formas variadas, que dependem somente da criatividade do

engenheiro de estruturas. Cada vez mais o CAR vem sendo usado para construção dessas

estruturas, por isso a preocupação dos pesquisadores quanto a sua fragilidade.

222 ––– PPPEEESSSQQQUUUIIISSSAAA SSSOOOBBBRRREEE PPPIIILLLAAARRREEESSS

222...111 ––– MMMAAATTTEEERRRIIIAAAIIISSS EEENNNVVVOOOLLLVVVIIIDDDOOOSSS

2.1.1 – Concreto de Alto Desempenho

Até a algum tempo, referia-se aos concretos com resistências superiores às usuais como

Concretos de Alta Resistência (CAR), mas um enfoque mais amplo tem sido dado a outras

propriedades desses concretos, tais como: módulo de elasticidade, alta densidade, baixa

permeabilidade e resistência a agentes agressivos. Portanto, torna-se lógico denominar este

concreto com um termo mais abrangente, como Concreto de Alto Desempenho (CAD). Em

alguns países, tais como o Canadá, os pesquisadores já usam termos como Concreto de Elevado

Desempenho, ou Concreto de Elevada Resistência, aonde a resistência à compressão do concreto

chega a atingir patamares da ordem de 300MPa.

Para misturas feitas com agregados usuais, os concretos de alta resistência são aqueles

que tem resistência característica à compressão maior que 40MPa, segundo MEHTA &

MONTEIRO(1994), GONZALEZ-ISABEL(1993) e PEREIRA NETO & DJANIKIAN(1995).

Dois argumentos foram usados para justificar essa definição (MEHTA & MONTEIRO(1994)):

1 - A maioria dos concretos convencionais estão na faixa de 21MPa a 42MPa. Para produzir

concretos com mais de 42MPa, são necessários controle de qualidade severo e mais cuidado

na seleção e na dosagem dos materiais (plastificantes, aditivos minerais, tipo e dimensão dos

agregados etc.).

2 - Estudos experimentais mostraram que, em muitos aspectos, a microestrutura e as

propriedades do concreto com resistência à compressão acima de 42MPa, são

consideravelmente diferentes das do concreto convencional.

A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS(1992), na NBR 8953,

classifica os concretos em duas Classes, I e II, onde os concretos da Classe I são aqueles cujas

resistências características à compressão variam de 10MPa a 50MPa, e os concretos da Classe II

são aqueles cujas resistências características à compressão são: 55MPa, 60MPa, 70MPa e

80MPa. Portanto pode-se considerar os concretos da Classe II como concretos de alta resistência.

O conceito de alta resistência tem variado ao longo dos anos, o que pode ser confirmado

no Boletim 197 do CEB-FIP(1990) que recomenda como limite superior de resistência

característica à compressão, 80MPa. Após o advento da sílica ativa o cimento deixou de ser fator

limitante para a obtenção de maiores resistências, que passam a depender mais das propriedades

dos agregados, que variam de região para região em função do grande número de rochas

existentes.

A diferença entre o Concreto de Resistência Normal (CRN) e o CAD está também no

conhecimento de como fazer concreto. Os componentes são os mesmos: cimento, água e

agregados, sendo que no CAD é necessário além desses componentes, a implementação de

aditivos redutores de água de alto efeito, como por exemplo, os superplastificantes.

A presença de outros materiais como: escórias de alto forno, cinzas volantes e sílica

ativa, não é obrigatória para que o concreto seja de alta resistência. O conhecimento mais

importante para produção do CAD, envolve uma relação água/cimento extremamente baixa,

aliada a trabalhabilidade adequada para compactação. Sem o uso de um superplastificante, a

redução da quantidade de água em um determinado concreto fresco resultaria em mistura não

trabalhável. Simultaneamente, a quantidade de cimento não pode ser aumentada excessivamente,

não somente pelo custo, mas porque acarretaria problemas térmicos.

O concreto de alto desempenho além de ser empregado para se conseguir resistências

maiores e reduzir as dimensões dos elementos, também é usado para melhorar a durabilidade do

material. A alta resistência do CAD é especialmente vantajosa, como definido por CLAESON et

al.(1996), em elementos comprimidos, tais como pilares, que podem ser feitos mais esbeltos no

projeto e, conseqüentemente, trazendo benefícios econômicos. Um aumento na resistência à

compressão permite seções transversais menores que por sua vez, necessitam menos concreto e

assim mais espaço utilizável no pavimento.

Muitas investigações têm sido feitas relacionando a distribuição do tamanho dos poros do

concreto e a sua resistência, mostrando que a redução da porosidade ou do tamanho máximo dos

poros leva à um aumento da resistência à compressão (Boletim 197 do CEB-FIP(1990)). Esta

redução influencia a “zona de transição”, que é a região de ligação da pasta com o agregado

graúdo (fig. 2.1).

A resistência desta zona tem influência direta na resistência do concreto. Segundo

MEHTA & MONTEIRO(1994), além do grande volume de vazios capilares e de cristais

orientados de hidróxido de cálcio, um importante fator responsável pela baixa resistência da

zona de transição no concreto é a presença de microfissuras.

Para diminuir a porosidade do concreto e, consequentemente, aumentar a resistência, faz-

se necessário o uso de fatores a/c mais baixos, o que reduz a trabalhabilidade do material,

dificultando assim o manuseio. Portanto, algumas vezes são usados aditivos superplastificantes

para se conseguir resistências mais altas sem a perda da trabalhabilidade.

o

Figura 2

O CAD é

seguintes motivo

elementos, encur

e tempo de desm

para projeto e fat

ser extrapolados

principalmente po

Boletim 197 do

convencional e o

Zona de Transição

.1 – Representação da Zo

Concreto (MEH

um material de constru

s: redução de custos, co

tamento axial menor, men

oldagem menor. Uma ce

ores de segurança usados

para concretos destas re

r causa da redução da du

CEB-FIP(1990), entre

CAD são (figura 2.2):

Matriz da Pasta de Cimento
Agregad
na de Transição e da Matriz da Pasta de Cimento no

TA & MONTEIRO(1994))

ção cuja utilização têm aumentado nestes anos pelos

nstrução de pilares mais esbeltos, maior rigidez dos

or efeito de retração, durabilidade, impermeabilidade

rta importância deve ser dada ao fato que parâmetros

quando se adotam concretos da Classe I, não devem

sistências. Cuidados adicionais devem ser tomados,

ctilidade do CAD. As principais diferenças, segundo o

as curvas tensão x deformação para o concreto

♦ relação tensão x deformação mais linear até uma alta porcentagem da resistência

última;

♦ maior deformação para a resistência última;

♦ forma mais inclinada da parte descendente da curva.

Estas mudanças na resposta à solicitação do material são conseqüências do aumento da

aderência pasta-agregado graúdo no CAD. A relação tensão x deformação mais linear reflete a

redução da micro-fissuração para níveis baixos de tensões e a forma mais inclinada da parte

descendente da curva indica a redução da ductilidade do material.

Ten

são

(MPa

)

Deformação (10-3)

Figura 2.2 – Curvas Tensão x Deformação Típicas de Concretos de Alto Desempenho

(NEVILLE(1997))

2.1.2 – Concreto com Fibras

O concreto reforçado com fibras é o concreto feito de cimento hidráulico contendo finos

ou finos e agregados graúdos e fibras descontínuas discretas, segundo a definição do ACI

544.1R-86 e BENTUR & MINDESS(1990).

Historicamente, segundo o ACI 544.1R-86 as fibras têm sido usadas para reforçar

materiais frágeis há muito tempo; palhas eram usadas para reforçar os tijolos, fios de crina de

cavalo eram usados para reforçar o emboço e, mais recentemente, fibras de amianto são usadas

para reforçar cimento portland. Atualmente, compósitos reforçados com fibras estão sendo

usados em uma grande variedade de aplicações, segundo BALAGURU & SHAH(1992),

BENTUR & MINDESS(1990), AGOPYAN(1991), FIGUEIREDO(1997) e ACI 544.1R-86.

A maioria das experiências com fibras tem sido com misturas usando agregados comuns

e cimento portland. Os métodos de mistura, moldagem, cura e acabamento para o concreto

reforçado com fibras de aço têm sido desenvolvidos particularmente para uso em pavimentos.

As fibras são produzidas em aço, plástico, vidro e materiais naturais em várias formas e

tamanhos. Podem ser de seção circular, retangular, meio-círculo, irregular ou seção transversal

variável, lisas ou onduladas, e de vários tamanhos.

Um parâmetro numérico conveniente para descrever as fibras, chamado relação de

aspecto, usado para descrever sua geometria, é definido pelo quociente do comprimento da fibra

e seu diâmetro. Se a seção transversal não for circular, adota-se o diâmetro da seção circular

equivalente, de mesma área. Algumas relações de aspecto típicas, conforme o ACI 544.4R-88,

ficam entre 30 e 150 e os comprimentos de 6,4mm a 76 mm.

Uma grande variedade de fibras de propriedades mecânicas, físicas e químicas diferentes

têm sido usadas como reforço de matrizes cimentícias. Os materiais cimentícios sem armadura

são caracterizados pela baixa resistência e deformação à tração, isto é, são materiais frágeis. Eles

requerem armaduras para serem utilizados com segurança na construção civil. Estas armaduras

têm sido usadas, desde o século XIX, com barras de aço contínuas, que são colocadas na

estrutura para suportarem as tensões de tração oriundas da ação de momento fletor e força

cortante.

As fibras, por outro lado, são descontínuas e são distribuídas aleatoriamente pela matriz

cimentícia. Entretanto, tendem a ter espaçamento menor entre elas do que as barras de armadura

convencional, sendo melhores no controle da fissuração. Deste modo, as armaduras

convencionais são usadas para aumentar a capacidade resistente dos elementos estruturais em

concreto quanto às tensões de tração, e as fibras são mais efetivas para o controle da fissuração.

Em função das diferenças quanto ao reforço do concreto com armaduras ou com fibras,

há certas aplicações nas quais o uso das fibras é melhor que o uso das barras convencionais, e

BALAGURU & SHAH(1992) citam alguns casos:

♦ peças esbeltas, nas quais as barras de aço não podem ser usadas e portanto as fibras

seriam a armadura principal. Este material seria composto com adição de fibras em volumes

superiores à 5%. Nestas aplicações as fibras agem para aumentar a resistência e a tenacidade do

compósito, como mostrado na fig. 2.3;

♦ componentes que devem suportar ações ou deformações localizadas, como túneis,

canais, galerias e etc.;

♦ componentes nos quais as fibras são adicionadas para controlar a fissuração induzida

por umidade ou variações de temperatura, como em lajes e pavimentos, sendo que nestas

aplicações as fibras são adicionadas como reforço secundário para fins específicos.

Ten

são

Figura 2.3 – Cu

Quan

Os principais prob

dificuldades na mistura

empolamentos durante o p

restringido para facilitar o

trabalhabilidade do concre

a moldagem, especialment

No começo, o co

industriais. Mas, atualmen

de aplicações, incluindo

hidráulicas, estruturas resi

requer mais planejamento

com concretos convencion

O concreto reforça

pela resistência, que pode

atualmente, a sua definição

Concreto com GrandesQuantidades de Fibras

Deformação

Concreto com Pequenas Quantidades de Fibras

Matriz de Concreto

rvas Tensão x Deformação para Concretos com Grandes e Pequenas

tidades de Fibras (BALAGURU & SHAH(1992))

lemas encontrados nos primeiros estágios de uso do material foram

e trabalhabilidade. Para grandes volumes de fibras são formados

rocesso de mistura. O tamanho do agregado graúdo era normalmente

uso de fibras curtas e evitar o empolamento. Sempre há redução na

to com a adição de fibras e isto tende a afetar a sua qualidade durante

e para grandes quantidades.

ncreto reforçado com fibras era usado para pavimentos e pisos

te, o compósito de cimento reforçado com fibras tem grande variedade

pavimentos para rodovias, estruturas de pontes, túneis, obras

stentes à explosões e etc.. A grande dificuldade no manuseio do CRF

e mão-de-obra especializados, que os procedimentos de construção

ais.

do com fibras é usualmente especificado, segundo o ACI 544.3R-93,

ser à tração, à compressão ou à flexão, e quantidade de fibras, mas

se dá pelo índice de tenacidade.

Tenacidade é a propriedade dos corpos que consomem grande energia de deformação

antes de se romperem. É representada pela área sob a curva força-deslocamento, ou índice de

tenacidade é uma função desta área e da área da curva até o ponto que representa a primeira

fissura (ponto até o qual a curva força-deslocamento se torna não-linear). A tenacidade deve ser

especificada para ajudar a definir o desempenho desejado para o CRF, para o uso onde a energia

de absorção pós-fissuração é importante.

Usualmente, a resistência à flexão é especificada para aplicações em pavimentos e a

resistência à compressão é dada para outras aplicações estruturais. Em geral a adição de fibras

não aumenta a resistência à compressão mas aumenta a deformação por compressão para a ação

última. Esta afirmação encontrada no ACI 544.3R-93, não coincide com os resultados obtidos

neste trabalho. Talvez se deva ao fato de que o aumento da deformação por compressão seja em

peças de concreto com adições de altas taxas de fibras.

Portanto, especificando a resistência à compressão fornecem-se guias gerais para o

proporcionamento do concreto. O aumento das outras propriedades do compósito, como a

resistência à flexão, tenacidade, aumento na capacidade de deformação por tração e resistência à

fissuração, se deve à adição das fibras.

A quantidade de fibras que pode ser usada sem perda inaceitável de trabalhabilidade

depende das condições de moldagem, do arranjo da armadura convencional, da forma das fibras

e da relação de aspecto (L/d) e do tipo e quantidade de aditivo redutor de água.

2.1.3 – Pilares de CAD

BJERKELI et al(1990) apresentam como parte de um programa que estava em

desenvolvimento na Noruega, um estudo da ductilidade de pilares com concretos com massa

específica normal e de resistências de 65MPa a 115MPa, e de concretos leves de 60MPa a

90MPa, com as resistências medidas em corpos-de-prova cúbicos de 10cm de aresta.

Segundo os autores os fatores que influenciam o comportamento estrutural são: a

configuração geométrica, quantidade e distribuição de armadura longitudinal, resistência do

concreto e tipo de agregado, sendo importante o desenvolvimento de soluções que apresentem

redução de armaduras e forneçam a ductilidade requerida.

Foram ensaiadas 4 séries de pilares. Pode-se observar a influência na ductilidade da taxa

de armadura longitudinal analisando-se os gráficos das figuras 2.4a e 2.4b.

Na figura 2.4a, para taxas de armadura de confinamento de 1,1% e 3,1%, observou-se a

variação na ductilidade ao se aumentar o diâmetro das barras de armadura longitudinal de 10mm

para 16mm, com os pilares da série 2, que tinham a seção transversal quadrada de lado igual a

150mm e com altura útil de 500mm; visava-se nesta série a obtenção de informações com

relação à geometria da seção transversal; outros parâmetros foram a quantidade e a distribuição

de armadura de confinamento e a influência da armadura longitudinal, bem como a velocidade

de carregamento.

Na figura 2.4b, para uma mesma taxa de armadura de confinamento, variou-se o número

de barras longitudinais de 12 para 18 nos pilares da série 4, onde estes tinham cobrimento das

armaduras de 2,3cm, as seções transversais eram retangulares com dimensões de 30cm x 50cm e

altura útil de 200cm, apresentavam ainda uma distribuição de barras transversais em malha, para

ancoragem da armadura longitudinal.

Ten

são

Axi

al N

omin

al (M

Pa)

Figura 2.4a – Efe

Deformação Axial (‰)

ito da Armadura Longitudinal na Ductilidade

Car

ga A

xial

(10-3

kN

)

Deformação Axial (‰)

Figura 2.4b – Efeito da Armadura Longitudinal na Ductilidade

Observa-se na figura 2.4b, logo após o ponto de tensão máxima, uma certa melhoria na

ductilidade proporcionada pelo aumento do número de barras. Entretanto ao se analisar a figura

3.2a, verifica-se que o aumento do diâmetro das barras apenas aumentou, um pouco, a resistência

do núcleo confinado, apesar de ter sido o aumento relativo da área de armadura longitudinal

maior neste caso.

O trabalho de BJERKELI(1990) verificou que o comportamento mais dúctil ocorre nos

pilares de seção circular com armadura transversal na forma de espiral, apesar destes não

possuírem armadura longitudinal. Os pilares de seção retangular, que possuíam maior número de

barras de armadura longitudinal e uma configuração de armadura transversal formada por

estribos e por uma malha de barras horizontais apresentarem um comportamento um pouco

menos dúctil, porém melhor do que os de seção quadrada. Mas cabe aqui a observação de que

estes pilares destinados a análise do confinamento e sua influência na ductilidade não foram

usados cobrimentos o que não é usual em pilares na prática da construção civil.

CUSSON & PAULTRE(1994), apresentam um estudo experimental sobre pilares

executados com CAD, confinados por estribos retangulares. Foram ensaiados 27 pilares cujas

dimensões podem ser vistas na figura 2.5, todos com cobrimento de armadura.

As resistências à compressão de quatro modelos, aos 28 dias, foram inferiores a 90MPa e

os demais de 93,1MPa a 115,9MPa, determinadas em corpos-de-prova cilíndricos de 15cm x

30cm. Como variáveis tinham também a resistência de escoamento da armadura transversal,

configuração e espaçamento entre estribos, taxas de armaduras transversais e longitudinais.

Observou-se que em geral, o comportamento era caracterizado pela ruptura brusca do

cobrimento de concreto. Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Engenharia Civil da

Universidade de Sherbrooke (Sherbrooke, Quebec – Canadá) e concluíram que em compressão

axial apenas a área do núcleo de concreto, delimitada pelas armaduras transversais, deve ser

considerada no cálculo da resistência à compressão axial dos pilares de CAD, isto devido ao

comportamento de tais pilares apresentarem rompimento brusco da camada de cobrimento,

resultando em perda da capacidade resistente (figura 1.1).

Apesar da menor eficiência do confinamento do CAD comparado com concretos de

resistência Classe I, o ganho maior de resistência e o comportamento dúctil de pilares confinados

de CAD foram obtidos quando foi adotado um detalhamento de armaduras adequado, tanto

longitudinal quanto transversal.

LIMA(1997) desenvolveu uma pesquisa sobre pilares de concreto de alta resistência,

ensaiando os modelos à compressão centrada e à compressão excêntrica, feitos com controle da

força aplicada nos modelos. Os pilares ensaiados sob compressão axial tiveram 4 séries

diferenciadas pelo tamanho dos modelos e pelo espaçamento entre estribos. Em duas das séries,

a seção transversal dos modelos era quadrada, de 20cm x 20cm e altura de 120cm, enquanto que

nas outras duas séries os modelos utilizados tinham seção transversal retangular de 15cm x 30cm

e altura de 90cm.

Uma das conclusões obtidas neste trabalho foi a de não há grandes alterações no

comportamento do núcleo do pilar solicitado à compressão centrada devido à mudança na forma

da seção transversal de quadrada para retangular. Outra conclusão foi a de que a seção resistente

do pilar é formada pelo núcleo delimitado pelos eixos dos estribos, assim como CUSSON &

PAULTRE(1994) e BJERKELI et al.(1990) encontraram também.

PESSIKI e PIERONI(1997) explicam como funciona o conceito do uso de armadura em

espiral e como funcionou este conceito em pilares de concreto de alta resistência. O conceito da

armadura em espiral é de que como o concreto é comprimido axialmente, ele expande

lateralmente e a armadura em espiral age para resistir a esta expansão, submetendo deste modo o

núcleo de concreto a um estado multiaxial de compressão, e a capacidade de deformação e a

resistência do concreto são aumentados. Como conclusão dos seus ensaios, eles tiveram que os

pilares em concreto de alta resistência tinham fissuração no cobrimento de concreto para cargas

mais baixas que a de pico. Pensou-se que o grande volume de armadura em espiral deve causar

um plano de separação entre o cobrimento e o núcleo. Dois modos de ruptura foram observados:

– Arqueamento até a fratura da espiral;

– Formação de um plano inclinado de ruptura;

O modo de ruptura pareceu depender da resistência do concreto.

Concreto Efetivamente

Confinado

Concreto sem

Confinamento

strain gage

Figura 2.5 – Efeito de confinamento provocado pela armadura e dimensões dos pilares

com as configurações de estribos utilizadas (CUSSON & PAULTRE(1994))

SHEIKH et al.(1994) estudaram o efeito de confinamento em pilares de concreto de alta

resistência com armadura transversal retangular e a conclusão que chegaram é a de que assim

como nos modelos de concreto de resistência normal, a quantidade de armadura lateral tem um

efeito significativo na resposta dos modelos de concreto de alta resistência. O aumento na

ductilidade e na capacidade de absorção de energia parece ser proporcional ao aumento na

quantidade de armadura lateral, enquanto que o efeito da seção resistente ao momento é menor

que o proporcional. Para a mesma quantidade de estribos, a ductilidade na flexão dos pilares de

concreto de alta resistência foi significativamente menor que a dos pilares de concreto de

resistência convencional testados sob valores similares da relação P/f’cAg. Entretanto, para o

mesmo nível de carga axial medida como uma fração de P0 (para a capacidade de carga última),

pilares de concreto de alta resistência e de concreto de resistência convencional se comportaram

similarmente em termos de energia de absorção, quando a quantidade de estribos nos pilares

estava fixada em uma proporção da resistência do concreto não confinado.

RAZVI e SAATCIOGLU(1994) estudaram que a deformabilidade elástica dos pilares de

concreto armado é essencial para a resistência e estabilidade global das estruturas durante um

forte terremoto e ela pode ser alcançada através de um confinamento apropriado do núcleo de

concreto. Neste trabalho são apresentados os resultados de um projeto de pesquisa no qual os

dados de testes disponíveis sobre pilares de concreto de alta resistência têm sido avaliados em

termos de resistência, ductilidade e taxa de oscilação. Os ensaios dos pilares sob compressão

centrada desta pesquisa foram feitos em uma máquina de ensaios com deformação controlada.

As conclusões encontradas pelos autores foram que a pressão de confinamento lateral requerida

pelos pilares de concreto de alta resistência é significativamente maior que para os pilares de

concreto de resistência convencional. Esta exigência deve ser encontrada pelo aumento da taxa

volumétrica da armadura de confinamento e/ou pelo uso de aço de alta resistência para o

confinamento. Há uma evidência experimental que os pilares com o mesmo arranjo de armadura

mostram deformabilidades similares, sem ligação com a resistência do concreto, contanto que a

relação ρsfyt/fc’ seja mantida e certos limites mínimos são encontrados para a taxa volumétrica e

o espaçamento da armadura transversal.

Segundo o ACI 441R(1996), uma das aplicações do concreto de alta resistência tem sido

em pilares de edifícios. Muitos edifícios altos têm utilizado concretos com resistência à

compressão acima de 100MPa na construção dos pilares. A economia é possível por reduzir as

dimensões dos elementos comprimidos e a durabilidade das estruturas também é maior. Os

principais objetivos dos estudos relatados têm sido investigar a validade da aplicação das normas

correntes de edifícios para o caso do concreto de alta resistência, para avaliar as similaridades ou

diferenças entre os pilares de concreto de alta resistência e os de concreto de resistência

convencional, e identificar os parâmetros importantes que afetam o comportamento dos pilares

de concreto de alta resistência projetados para áreas sísmicas assim como para áreas não –

sísmicas.

Os resultados do estudo do concreto confinado feito por YAZZAR(2000), se

extrapolaram para o campo dos pilares feitos com concreto de alta resistência, a fim de

estabelecer seu comportamento frente às ações sísmicas. Para isso realizou-se um plano de

investigação teórico e experimental combinados para determinar a resposta dos pilares de

concreto de alta resistência, de seções retangulares confinados com estribos transversais e

ensaiados sob a combinação de carga axial de compressão constante e deformação lateral

cíclicas. Como resultados destes ensaios se obtiveram os diagramas momento-curvatura e carga-

flecha para cada corpo-de-prova, os quais se comparam com os obtidos utilizando o método

teórico e com as previsões de distintas instruções para o projeto de elementos de concreto

armado resistentes ao sismo.

2.1.4 – Uso das Fibras em Pilares de Concreto de Alta Resistênia

A idéia do uso de fibras, segundo FURLAN(1995), vem desde o século passado, mas

ganhou impulso no concreto armado após 1960. A introdução de fibras curtas melhoram as

características de ductilidade, a resistência ao impacto e à fadiga, o controle da fissuração, o

comportamento pós-fissuração e, em alguns casos, a resistência à tração. Algumas destas

vantagens são sensíveis à quantidade e ao tipo de fibra adicionada. As fibras podem incorporar à

matriz, deformações plásticas significativas, desde que em quantidade, comprimento e formato

adequados, tornando menos súbita a ruptura do material.

No concreto, as fibras têm sido utilizadas principalmente para vencer algumas das suas

limitações: fragilidade, pequena capacidade de deformação e baixa resistência à tração.

Geralmente, a adição de fibras não visa o aumento de resistência, embora em algumas situações

ela ocorra, mas uma distribuição de fissuras mais uniforme e o aumento da ductilidade na etapa

posterior à fissuração.

Por ser descontínua, a fibra é menos eficiente que a armadura contínua de fios e barras na

função de resistir aos esforços de tração e de cisalhamento. No entanto, em função do

espaçamento reduzido entre elas, sua atuação como obstáculo ao desenvolvimento das fissuras é

superior. Ao interceptar as microfissuras que surgem durante o endurecimento da pasta, as fibras

impedem sua progressão e evitam o aparecimento prematuro das mesmas. Na mistura

endurecida, a abertura e o comprimento das fissuras também se tornam mais limitados. Com

isso, a permeabilidade do concreto e a região exposta ao ambiente são menores, melhorando as

condições de durabilidade.

No trabalho de GUIMARÃES(1999), concluiu-se que nos ensaios com deformação

controlada dos corpos-de-prova cilíndricos, cujas dimensões eram de 10cm x 20cm, quanto

maior a adição de fibras no concreto, maior o índice de tenacidade e a resistência à tração

também era maior nos ensaios feitos com compressão diametral.

Isto também foi verificado nos ensaios dos pilares onde, com a instrumentação colocada

no concreto nas faces dos pilares, puderam ser medidas as deformações na direção transversal.

Foi observado que na proximidade da ruína houve aumento das deformações nos estribos

da mesma maneira que no concreto, ou seja, na proporção crescente com a quantidade de fibras

adicionadas ao concreto, e ficando muito claro para as séries com maior taxa de fibras adotada

na pesquisa (1%), evidenciando assim a ductilização dos pilares.

O aumento da quantidade de fibras no concreto aumentou discretamente a

deformabilidade do pilar como um todo. O aumento das deformações ficou evidenciado devido

ao aumento da taxa de armadura transversal.

Foi notada que a armadura longitudinal teve maior deformação no estágio próximo à

ruína, e para algumas séries também em serviço, do que as deformações obtidas em

LIMA(1997). Este aumento também pode ser notado comparando-se os gráficos das séries de

pilares desta pesquisa, com relação ao aumento da taxa de fibras e da armadura transversal.

Percebeu-se nos ensaios que o cobrimento não é destacado antes da ruptura. As fibras

fizeram um elo de ligação não permitindo a ruptura do concreto do cobrimento com uma força

menor que a de ruína, como acontecia com os pilares de concreto de alto desempenho sem

adição de fibras, onde ocorria a ruptura do núcleo depois da ruptura do cobrimento, como foi

observado por AGOSTINI(1995), CUSSON & PAULTRE(1994) e LIMA(1997), nos ensaios de

pilares com concreto de alto desempenho, porém, sem adição de fibras.

Assim como foi verificado por outros pesquisadores, apenas o núcleo dos pilares,

delimitado pelos estribos, formou a seção resistente aos esforços normais de compressão. Nos

pilares feitos com concreto de alta resistência com fibras metálicas a conclusão não foi diferente,

ou seja, apenas o núcleo da seção transversal contribuiu para absorver a força atuante. Isto pôde

ser comprovado também na análise numérica onde, considerando-se a seção transversal total dos

modelos, a força resistente obtida foi maior que a força última experimental, mostrado nos

diagramas Tensão x Deformação.

Indica-se o uso de no máximo h/2 para o espaçamento entre estribos, onde h é a altura da

seção transversal do pilar, visto que para os pilares com espaçamento entre estribos a cada 15cm

(12φ’ indicado pela NB1) houve ductilidade na ruptura apenas para a taxa de fibras de 1%, assim

mesmo com a flambagem da armadura longitudinal.

Pôde-se perceber, que à partir da adição de 0,75% de taxa de fibras metálicas, houve

ganho nas deformações das armaduras, que chegaram ao patamar de escoamento.

Esta pesquisa sobre pilares de concreto de alto desempenho com adição de fibras pode

gerar outros trabalhos na mesma linha, como o que foi desenvolvido neste trabalho de pós-

doutorado.

333 ––– PPPEEESSSQQQUUUIIISSSAAA SSSOOOBBBRRREEE PPPIIILLLAAARRREEESSS

333...111 ––– MMMEEETTTOOODDDOOOLLLOOOGGGIIIAAA EEEXXXPPPEEERRRIIIMMMEEENNNTTTAAALLL

A metodologia empregada para o desenvolvimento desta pesquisa compreendeu as

seguintes etapas:

A) obtenção de concreto de alto desempenho com adição de fibras: este concreto foi

desenvolvido na empresa concreteira ENGEMIX Ltda., através de um convênio firmado

entre a empresa e o Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais;

B) execução de ensaios de tração nas barras de aço que foram utilizadas como armadura

transversal e longitudinal nos modelos de pilares;

C) Experimentação com modelos de Pilares;

• projeto do modelo de pilar (figura 3.4);

• projeto das fôrmas (figura 3.7);

• Montagem das armaduras, instrumentação das barras - longitudinais e transversais – e

posicionamento nas fôrmas (figuras 3.8 e 3.9);

• Moldagem dos modelos, com respectivo lançamento do concreto, adensamento via

vibrador de agulha e cura (figuras de 3.10 a 3.13);

• Desmoldagem dos pilares e transporte dos modelos para o Laboratório de Estruturas da

Escola de Engenharia de São Carlos, na cidade de São Carlos;

• Controle do material concreto, através dos ensaios de compressão axial com controle de

força e com deformação controlada para medida da resistência à compressão média do

material e do índice de tenacidade, em corpos-de-prova cilíndricos de 100mmx200mm

, feitos no Laboratório de Geotecnia da EESC;

• Ensaio em 1 série de pilar solicitados à compressão simples, com controle de

deformação, no Laboratório de Estruturas da EESC;

• Ensaio em 1 série de pilar solicitados à compressão simples, com controle de força, no

Laboratório de Estruturas da EESC;

• Ensaios em 8 séries de pilares solicitados à compressão simples, num total de 8

exemplares, com controle de deformação, no Laboratório de Estruturas e Materiais

Estruturais (LEM);

• À partir dos dados adquiridos pelo sistema de aquisição, foram elaboradas planilhas

com respectivos diagramas Força x Deformação e Força x Deslocamento.

D) Análise dos resultados.

333...222 ––– PPPRRROOOGGGRRRAAAMMMAAA DDDEEE EEENNNSSSAAAIIIOOOSSS

O programa experimental realizou os ensaios descritos a seguir.

a) Ensaios à compressão com controle de força de 03 corpos-de-prova cilíndricos (10cmx20cm),

por série de pilares ensaiados, para controle da resistência à compressão do concreto dos

modelos de pilares, no dia de cada ensaio;

b) Ensaios à compressão com controle de deformação de 03 corpos-de-prova cilíndricos

(10cmx20cm), por série de pilares ensaiados, para medição do índice de tenacidade do

concreto com fibras metálicas, usado nos modelos;

c) Ensaios de compressão centrada em pilares de seção transversal quadrada (20cmx20cm) e

altura de 120cm, com espaçamento de estribos a cada 15cm, a cada 10cm e a cada 5cm,

8φ12,5mm para as barras longitudinais compondo a seção transversal e adição de fibras na

taxa volumétrica de 0,50%(40kg/m3), constituindo as séries P40a15, P40a10 e P40a05, sendo

ensaiado 1 pilar por série;

d) Ensaios de compressão centrada em pilares de seção transversal quadrada (20cmx20cm) e





e) Ensaios de compressão centrada em pilares de seção transversal quadrada (20cmx20cm) e





333...333 ––– OOOBBBTTTEEENNNÇÇÇÃÃÃOOO DDDOOO CCCOOONNNCCCRRREEETTTOOO DDDEEE AAALLLTTTAAA RRREEESSSIIISSSTTTÊÊÊNNNCCCIIIAAA

3.3.1 - Materiais

Os materiais utilizados para o concreto dos pilares foram caracterizados, alguns no

Laboratório da Empresa ENGEMIX Ltda., onde foi feito o concreto, e para outros foram

seguidos as especificações dos fabricantes.

CCCiiimmmeeennntttooo

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

por ser um material cimentício sem adições e pela possibilidade de realização de ensaios dos

modelos com idades menores. O cimento empregado nos ensaios foi recebido como doação e

caracterizado pelo fabricante, segundo a NBR 6474/84, com massa específica de 3,12g/cm3.

Após o recebimento dos sacos de cimento, os mesmos foram levados à concreteira e

utilizados no dia seguinte ao recebimento.

SSSííílll iiicccaaa AAAtttiiivvvaaa

Utilizou-se a sílica não densificada, SILMIX ND com massa específica de 2,22g/cm3,

material este recebido em doação e especificado pelo fabricante.

SSSuuupppeeerrrppplllaaasssttt iiifffiiicccaaannnttteee

O GLENIUM 51 é um aditivo superplastificante de última geração com base em uma

cadeia de eter carboxílico modificado. Este aditivo foi desenvolvido para a indústria de pré-

moldados e concretos protendidos, onde se requer maior durabilidade e desempenho. Ele é isento

de cloretos e atende as prescrições da norma ASTM C 494 (tipos A e F), ASTM C 1017 e é

compatível com todos os cimentos que atendam a ASTM.

O que diferencia o aditivo à base de éter carboxílico dos aditivos superplastificantes

tradicionais (a base de NSF(Naftaleno Sulfonado) ou MSF(Melamina Sulfonada)) é um novo

mecanismo único de ações que melhoram sensivelmente a dispersão das partículas de cimento.

Este mecanismo eletrostático causa a dispersão da pasta de cimento e a conseqüência positiva é

que se requer menos água na mistura para obter uma determinada consistência do concreto.

Com esse processo obtem-se um concreto fluído com uma grande redução da quantidade de

água.

ÁÁÁgua gguuaa

Para a mistura do concreto foi utilizada água proveniente da rede pública de

abastecimento da cidade de São Paulo.

Agregado Miúdo AAggrreeggaaddoo MMiiúúddoo

Nas misturas de concreto, foi usado areia de quartzo como agregado miúdo, cuja análise

granulométrica foi feita no Laboratório da empresa ENGEMIX. Na tabela 3.1, pode ser visto as

especificações da areia e as normas seguidas para cada tipo de ensaio e na figura 3.1 pode ser

visto a curva granulométrica do material.

Tabela 3.1 – Características do agregado miúdo

Características do Material Unidade Resultados

Obtidos Especificações Metodologia de

Ensaio Módulo de Finura 1,93 1,50 – 2,40 NBR 7217 Diâmetro Máximo Mm 2,40 1,20 – 4,80 NBR 7217 Peso Espec. Absoluto Kg/dm3 2,623 2,50 – 2,70 NBR 9776 Peso Espec. Aparente Kg/dm3 1,545 1,30 – 1,60 NBR 7251 Material Pulverulento (%) 0,588 máx. 3% NBR 7219 Argila em Torrões (%) 0,220 < 1% NBR 7218

Curva central do material

Figura 3.1 – Curva granulométrica do agregado miúdo

AAAgregado Graúdo ggrreeggaaddoo GGrraaúúddoo

Nas misturas de concreto, foi usado como agregado graúdo, pedra britada de basalto, cuja

análise granulométrica foi feita no Laboratório da empresa ENGEMIX.

Na tabela 3.2, pode ser visto as especificações da areia e as normas seguidas para cada

tipo de ensaio. A seguir na figura 3.2 pode ser visto a curva granulométrica do material.

Tabela 3.2 – Características do agregado graúdo

Características do Material Unidade Resultados

Obtidos Especificações Metodologia de Ensaio

Módulo de Finura 5,76 5,50 – 6,50 NBR 7217 Diâmetro Máximo Mm 9,50 9,50 – 12,50 NBR 7217 Peso Espec. Absoluto Kg/dm3 2,739 2,65 – 2,75 NBR 9776 Peso Espec. Aparente Kg/dm3 1,343 1,35 – 1,50 NBR 7251 Material Pulverulento (%) 0,938 < 1% NBR 7219

Curva central do material

Figura 3.2 – Curva granulométrica do agregado graúdo

FFFiiibbbrrraaasss dddeee AAAçççooo

Foram usadas fibras metálicas com gancho nas extremidades e suas características podem

ser vistas na tabela 3.3.

Tabela 3.3 - Fibras Utilizadas

Seção Transversal

Diâmetro (mm)

Comprimento (cm) Relação de Aspecto (L/d)

Circular 0,80 6,00 75

DDDooosssaaagggeeemmm eee PPPrrroooccceeedddiiimmmeeennntttooo dddeee MMMiiissstttuuurrraaa

Usou-se o traço de concreto utilizado por GUIMARÃES(1999), que consistia em

dosagem para concreto de alta resistência com resistência média à compressão de 80 MPa com

adição de fibras. Apenas adaptações foram feitas para o material utilizado e para o tipo de

aditivo. O traço pode ser visto na tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Traço Inicial Utilizado nos Ensaios Preliminares

Material 1m3(kg)

Cimento 492,50 sílica ativa(10%) 49,00 areia (7% de umidade) + 50kg 715,00 Brita 1.025,00 Superplastificante (1,46% de C) 7,20 Água (0,34) 162,50 Fibra de aço (0,51%) 40,00 Fibra de aço (0,76%) 60,00 Fibra de aço (1,02%) 80,00

333...444 ––– EEEXXXEEECCCUUUÇÇÇÃÃÃOOO DDDOOOSSS PPPIIILLLAAARRREEESSS

3.4.1 - Armadura

Na figura 3.3, pode ser visto o arranjo de armadura utilizado nas extremidades dos

pilares, como armadura de fretagem, para impedir que a ruptura dos modelos acontecesse nas

regiões de aplicação de força.

Figura 3.3 – Armadura de Fretagem

Até as seções transversais distantes 18,5cm das extremidades, posicionava-se armadura

de fretagem, e nas seções contadas entre estas, posicionavam os estribos, cujo espaçamento foi

variado com 5cm, 10cm e 15cm e a configuração escolhida sendo a mais simples e usualmente

empregada na construção civil.

Na figura 3.4 pode ser visto um projeto do pilar para espaçamento entre estribos de 10cm.

Segundo CUSSON & PAULTRE(1994), esta configuração não é efetiva no confinamento, nem

no incremento de ductilidade dos elementos de concreto de alta resistência, e justamente por isso

foi escolhida essa configuração, para que fosse analisado o efeito das fibras no aumento de

ductilidade dos pilares.

4cm

17,5cm

17,5cm

4cm

2,5cm17,5cm

10,8cm

17,5cm

20cm

20cm

4,75cm

20cm

4,6cm

5,4cm

20cm

116cm 120cm

10cm

Figura 3.4 – Dimensões dos Pilares

Foram utilizadas barras de aço de diâmetros 12,5mm, como armadura longitudinal e

6,3mm como armadura transversal. Nas figuras 3.5 e 3.6 observam-se os diagramas, tensão x

deformação, obtidos em ensaio de tração em amostras retiradas do lote de material.

0 2 4 6 8 100

200

400

600

800

Diâmetro de 12,5mm Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3

Ten

são

(MPa

)

Deformação (mm/m)

Figura 3.5 – Diagrama Tensão x Deformação para as Barras de 12,5mm

As barras de 12,5mm de diâmetro nominal, apresentaram resistência média de

escoamento de 560,06MPa, caracterizando o aço CA-50, e as de 6,3mm, determinada com uma

reta paralela à inicial, a uma deformação de 2‰, 684,19MPa, caracterizando o aço CA-60.

0 2 4 6 8 100

200

400

600

800

Diâmetro de 6,3mm Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3

Ten

são

(MPa

)

Deformação (mm/m)

Figura 3.6 – Diagrama Tensão x Deformação para as Barras de 6,3mm

3.4.2 - Fôrmas

Foram usadas chapas de madeira plastificada de 15mm de espessura para confecção das

fôrmas, cujas dimensões são descritas na figura 3.7. Ela foi projetada de modo a se fazerem as

concretagens de 3 pilares de seção transversal quadrada de 200mm x 200mm, sendo posicionada

na direção horizontal, pela facilidade de preenchimento.

66 6

5

20 20 20

21,5

6 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

99

1,5

120

1,5

Figu

3.4.3 – Instrumentação da Arma

Na figura 3.8 podem ser vista

instrumentação feita nas barras longitud

que eram ligados ao sistema de aquisiçã

nas armaduras. Em cada fôrma foram

estribos de 5cm, 10cm e 15cm. As barra

pilar.

5

1,5

99

ra 3.7 – Fôrmas de madeira

dura

s as armaduras posicionadas dentro das fôrmas e a

inais e nos estribos, onde foram usados strain gages ,

o de dados, para leitura das deformações que ocorriam

posicionados as armaduras com espaçamento entre os

s longitudinais foram mantidas inalteradas de pilar para

Figura 3.8 – Armaduras dentro da fôrma

Foram colados strain gages em 4 barras longitudinais e nas quatro faces de um estribo.

Esta instrumentação, como pode ser vista na figura 3.9, foi utilizada para medir as deformações

da armadura à meia altura do pilar, na mesma direção em que foram colados strain gages no

concreto.

Figura 3.9 – Strain Gages colados nas barras longitudinais e estribo

3.4.4 – Concretagem dos pilares

Nas figuras 3.10 a 3.13 podem ser vistas as etapas de concretagem, as quais foram

executadas na empresa ENGEMIX Ltda.

O concreto foi dosado dentro de um caminhão betoneira, inicialmente para uma

porcentagem de adição de fibras de 40kg/m3. Foi retirada uma quantidade conhecida de concreto

do caminhão e colocado em uma caçamba, como mostra a figura 3.11. Foi adicionado mais um

quantidade de fibras no concreto que restou dentro do caminhão de tal maneira que este tivesse

60kg/m3 de fibras. Mais uma vez foi retirado uma parte do concreto e colocado em outra

caçamba, igual a primeira mencionada, e ao restante do concreto no caminhão foi adicionado

mais fibra de modo que o material tivesse 80kg/m3.

Figura 3.10 – Caminhão betoneira e dosador de materiais cimentícios

Figura 3.11 – Caçambas utilizadas para retirada do concreto do caminhão

Figura 3.12 – Moldagem dos pilares com uso de vibrador de agulha

Figura 3.13 – Finalização da moldagem dos pilares e corpos-de-prova

Informações sobre o Procedimento de Mistura IInnffoorrmmaaççõõeess ssoobbrree oo PPrroocceeddiimmeennttoo ddee MMiissttuurraa

Levando em consideração a umidade da areia, foi adicionado na pesagem mais 50kg de

areia, totalizando 765kg do material. O concreto foi feito em um caminhão betoneira, e como ele

é molhado antes da concretagem, foram descontados 2,5 litros de água. Os 50kg de areia

adicionais por causa da umidade, também foram descontados da água, ficando a quantidade total

em 110 litros, dos 162,5 litros de água inicialmente disposto a ser colocado.

A seqüência de adição dos materiais foi a seguinte: Primeiro foi adicionado a silica ativa

no caminhão. Depois o caminhão foi levado a outro ponto da empresa onde foram adicionadas a

pedra britada e a areia juntas, pela central dosadora. Logo em seguida foram colocados 50 litros

de água. Então o caminhão voltou ao local anterior, onde tinha sido colocada a sílica ativa, para

ser colocado o cimento. O caminhão se deslocou novamente para o ponto de saída de água e foi

então adicionada a metade da quantidade de superplastificante (aproximadamente 3,5 litros).

Adicionaram-se as fibras na proporção de 40kg(0,51%) e mais 50 litros de água, enquanto isso o

motorista fazia a operação de vai e vem do concreto, fazendo a betoneira do caminhão rodar de

um lado e do outro. Ficaram-se uns 5 minutos nesta operação e então colocou-se o restante do

aditivo e o restante da água.

O caminhão foi então levado até o local onde seria retirado o concreto da betoneira e

colocado em caçambas de 350 litros (0,35m3). Preenchida a primeira caçamba, iniciou-se a

moldagem da primeira forma de pilares e de 12 corpos-de-prova. O teste de Slump deste

concreto foi de 23cm.

Adicionou-se no caminhão betoneira mais 13kg de fibras para que o concreto tivesse a

proporção de 60kg/m3(0,76%) de fibras metálicas. A betoneira misturou o material por alguns

minutos e foi então preenchida a segunda caçamba de 350litros, para que fosse moldada a

segunda forma de pilares, contendo 3 modelos e mais 12 corpos-de-prova. O teste de Slump

desse concreto foi de 23cm.

Finalmente foram colocados na betoneira mais 6kg de fibras para que o concreto tivesse a

proporção de 80kg/m3(1,02%) de fibras metálicas, e então a última forma de pilares foi moldada

e os últimos 12 corpos-de-prova. O teste de Slump deste concreto foi de 21,5cm, ou seja, caindo

muito pouco a trabalhabilidade do concreto.

333...555 ––– PPPEEESSSQQQUUUIIISSSAAA SSSOOOBBBRRREEE PPPIIILLLAAARRREEESSS

A seguir serão mostrados os resultados dos ensaios com os corpos-de-prova que foram

moldados juntos com os pilares das séries principais, submetidos a ensaios de compressão axial

com controle de força, para que fosse medida a resistência média à compressão e ensaios à

compressão axial com controle de deformação, para que fosse medido o índice de tenacidade do

concreto com fibras, e definido o módulo de elasticidade.

3.5.1 - Resistência Média à Compressão

Na tabela 3.5 pode ser visto um resumo dos valores médios obtidos nos ensaios dos

corpos-de-prova submetidos à compressão. São mostradas nesta tabela as resistências médias à

compressão dos corpos-de-prova quando da data dos ensaios de cada série de pilar. Cabe aqui

lembrar que foi usado cimento de alta resistência inicial (ARI) para concretagem dos pilares e a

idade dos ensaios foram todos com mais de 28 dias.

Tabela 3.5 – Resistências Médias à Compressão das Séries de Pilares

Série Vf

(%) Data

fcm

(MPa) P40a05 0,50 12/02/2001 65,90 P40a10 0,50 12/02/2001 65,90 P40a15 0,50 12/02/2001 65,90 P60a05 0,75 27/08/2001 70,63 P60a10 0,75 27/08/2001 70,63 P60a15 0,75 27/08/2001 70,63 P80a05 1,00 27/08/2001 75,91 P80a10 1,00 27/08/2001 75,91 P80a15 1,00 27/08/2001 75,91

onde Vf é a taxa volumétrica de adição de fibras, dada em porcentagem.

A diferença nas resistências dos concretos com diferentes taxas de fibras pode ter

ocorrido pelo fato dos corpos-de-prova, que tem as dimensões de 10cmx20cm, terem sido

moldados com vibrador de agulha. Como o concreto tinha fibras metálicas, o vibrador pode ter

direcionado as fibras, o que não ocorreria com o uso de mesa vibratória, equipamento que não se

encontrava disponível na empresa doadora do concreto.

3.5.2 – Cálculo do Índice de Tenacidade do Concreto com Fibras Metálicas

Foram ensaiados 3 corpos-de-prova de cada taxa de adição de fibras ao concreto, à

compressão com controle de deslocamento, para que fosse analisado a tenacidade dos concretos

utilizados para a moldagem dos pilares.

A fórmula 3.1, indicada pela JSCE – SF5(1984), foi usada para calcular a tensão de pico

do corpo-de-prova.

2c dp4

πσ = (3.1)

onde:

σc = resistência à compressão (kgf/cm2) (N/mm2);

p = máxima carga obtida (kgf) (N);

d = diâmetro do corpo-de-prova (cm) (mm).

A fórmula 3.2, de JSCE – SF5(1984), foi usada para cálculo do índice de tenacidade à

compressão, onde os corpos-de-prova tinham as dimensões de 10cm x 20cm.

tc2

cc d

4δπ

σΤ

= (3.2)

onde:

cσ = índice de tenacidade à compressão (kgf/cm2) (N/mm2);

cΤ = tenacidade à compressão (kgf.cm) (J);

tcδ = deformação correspondente à 0,75% convertido para deformação (cm) (mm):

0,75mm quando as dimensões do corpo-de-prova forem de 10cm x 20cm;

1,125mm quando as dimensões do corpo-de-prova forem de 15cm x 30cm;

Na tabela 3.6, podem ser vistos os valores para a tensão máxima dos concretos com

adições de fibras metálicas nas taxas de 0,51% (40kg/m3), 0,76% (60kg/m3) e 1,02% (80kg/m3),

além dos valores das áreas das curvas Força x Deslocamento (tenacidade à compressão), obtidos

nos ensaios de corpos-de-prova submetidos à compressão simples com controle de

deslocamento, e o índice de tenacidade.

Tabela 3.6 – Resultados dos Índices de Tenacidade para o Concreto

Série Força de Ruptura

(kN)

Resistência à Compressão

(MPa)

Módulo de Elasticidade

(GPa)

Área da Curva

(kN.mm)

Índice de Tenacidade

(MPa) P40a1 496,26 63,19 28,77 366,05 P40a2 489,67 62,35 29,74 351,08 P40a3 432,35 55,05 28,90 368,23

P40média 472,76 60,20 29,14 361,79 30,71 P60a1 408,00 51,95 26,09 358,41 P60a2 419,95 53,45 26,11 311,53 P60a3 497,45 63,34 28,81 422,78

P60média 441,80 56,25 27,00 364,24 30,92 P80a1 465,27 59,24 28,94 370,65 P80a2 465,23 59,24 28,73 328,24 P80a3 426,50 54,30 28,36 294,80

P80média 452,33 57,59 28,68 331,23 28,12

No anexo A encontram-se as curvas obtidas nos ensaios feitos no laboratório de

Geotécnica da EESC-USP.

3.5.3 – Ensaios dos Pilares

Dos dois ensaios que foram feitos no Laboratório de Estruturas da EESC-USP, um deles

utilizou a máquina INSTRON, que foi o pilar P40a05 com 40kg/m3 de adição de fibras metálicas

no concreto e espaçamento entre estribos de 05cm, e o outro utilizou o pórtico espacial do

Laboratório, como pode ser visto na figura 3.13, que foi o pilar P40a15, com 40kg/m3 de adição

de fibras e espaçamento entre estribos de 15cm.

Figura 3.13 – Vista dos equipamentos utilizados no LE-EESC-USP

Na figura 3.14 pode ser visto o pórtico espacial montado para os ensaios dos pilares. O

pórtico já estava fixado na laje de reação do Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais da

POLI-USP na posição horizontal. Os modelos de pilares foram colocados dentro do pórtico.

Foram posicionadas barras Dividag para protensão por fora do pilar, conectadas a uma peça de

aço maciço apoiada em carrinho de rodas dentro do pórtico em uma das extremidades do pilar, e

ancoradas em um atuador do lado de fora do pórtico na outra extremidade do pilar, onde foi

posicionada uma rótula para que a carga fosse a mais centrada possível (figura 3.15).

Na figura 3.16 é mostrado o equipamento utilizado para controle dos ensaios. O

equipamento consistiu de um atuador com capacidade de carga de 400tf, e um controlador de

força e deslocamento.

2280

1900

32

50

650

6700

Figura 3.14 – Esquema do pórtico espacial usado nos ensaios

Figura 3.15 – Vista do pórtico espacial usado nos ensaios

Figura 3.16 – Vista do equipamento utilizado para controle dos ensaios

3.5.4 – Resultados dos Ensaios dos Pilares

Série P40a05 SSéérriiee PP4400aa0055

O ensaio do pilar P40a05 foi feito na máquina universal de ensaios INSTRON, no LE-

EESC-USP, com controle de deslocamento do pistão, sendo possível obter a curva Tensão x

Deformação do pilar com a parte ascendente e descendente da mesma. Na figura 3.17 pode ser

visto o comportamento Força x Deformação do pilar, obtido com a leitura de relógios

comparadores posicionados no pilar.

0 -2 -4 -6 -8 -10 -120

500

1000

1500

2000

2500

P40a05 Relógios Comparadores

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)

Figura 3.17 – Diagramas Força x Deformação Axial do pilar P40a05


O ensaio do pilar P40a10 foi feito no pórtico espacial do LEM – POLI – USP, com uso

de um atuador com capacidade de carga de 400tf e um controlador de força e deslocamento,

sendo possível obter a curva Tensão – Deformação do pilar com a parte ascendente e

descendente da mesma. Na figura 3.18 pode ser visto o comportamento Força x Deformação do

pilar, obtido através do uso de LVDTs.

0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P40a10 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)



Foi feita uma tentativa de ensaio do pilar P40a15 na máquina universal de ensaios

INSTRON, no LE-EESC-USP, com controle de deslocamento do pistão, para que fosse possível

obter a curva Tensão x Deformação do pilar com a parte ascendente e descendente da mesma.

Como a ruptura do pilar não foi alcançada devido a problemas no equipamento, fez-se uma

tentativa de ensaio com controle de força, onde o pilar foi rompido e com o equipamento de

aquisição de dados tentou-se pegar a parte descendente da curva Força x Deformação, mas na

ruptura do pilar perde-se a leitura dos relógios comparadores. No gráfico de comparações, da

figura 3.19, fez-se uma comparação entre o ensaio na máquina INSTRON e o ensaio no pórtico

de reações para verificar se a perda de rigidez do pilar havia sido grande. Constatou-se que o

pilar perdeu pouco da sua rigidez de um ensaio para outro, validando assim os resultados obtidos

no ensaio com controle de força.

0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P40a15 - Comparação Pórtico INSTRON

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)








0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

Pilar P60a05 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)



O ensaio do pilar P60a10 foi feito na máquina universal de ensaios INSTRON, no LE-

EESC-USP, com controle de deslocamento do pistão, sendo possível obter a curva Tensão x

Deformação do pilar com a parte ascendente e descendente da mesma. Na figura 3.21 pode ser

visto o comportamento Força x Deformação das barras longitudinais, dos estribos, do concreto

na direção longitudinal e do concreto na direção transversal, obtidos através das leituras dos

strain gages, e o comportamento Força x Deformação do pilar, obtido com a leitura de relógios

comparadores posicionados no pilar e através do LVDT da máquina de ensaios.

0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P60a10 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)








0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P60a15 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)








0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P80a05 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)








0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P80a10 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)








0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -80

500

1000

1500

2000

2500

P80a15 LVDT

Forç

a (k

N)

Deformação (mm/m)


A taxa de armadura é dada por:

y

c

w

sww f

fsb

A=ρ (3.3)

onde:

Asw = área de aço com estribo de dois ramos;

bw = menor dimensão do pilar;

s = espaçamento entre estribos;

fc = módulo de elasticidade do concreto;

fy = módulo de elasticidade do aço.

Na tabela 3.7, são mostrados os resultados dos ensaios de pilares de todas as séries que

foram ensaiadas ao longo de aproximadamente um ano de trabalho nos Laboratórios de

Estruturas.

As barras longitudinais tinham 2,5mm de diâmetro e as barras transversais tinham

6,3mm, com 10,8cm de comprimento do ramo.

Tabela 3.7 – Resultados da força experimental e as taxas de armadura utilizadas

Pilar Vf

(%) Estribos

ρw

(%) ρl

(%)

Fu,exp

(kN) P40a05 0,50 φ6,3c/05 1,00 2,50 2.383,10 P40a10 0,50 φ6,3c/10 0,50 2,50 2.021,50 P40a15 0,50 φ6,3c/15 0,33 2,50 2.244,10 P60a05 0,75 φ6,3c/05 1,00 2,50 2.428,70 P60a10 0,75 φ6,3c/10 0,50 2,50 2.121,19 P60a15 0,75 φ6,3c/15 0,33 2,50 2.007,19 P80a05 1,00 φ6,3c/05 1,00 2,50 1.830,40 P80a10 1,00 φ6,3c/10 0,50 2,50 2.183,82 P80a15 1,00 φ6,3c/15 0,33 2,50 1.973,33

( ) ysccn fAfAsAF +−= (3.4)

onde:

Acn = Área do núcleo de concreto delimitado pelos estribos;

As = Área de armadura longitudinal;

fc = Resistência média do concreto; e

fy = Resistência média de escoamento do aço.

Sendo a tensão de escoamento do aço com bitola de 12,5mm igual a 560,06MPa, a tabela

3.8 mostra a relação entre os resultados experimentais e os teóricos para os pilares.

Tabela 3.8 - Resumo dos Ensaios dos Pilares

Pilar Taxa de Fibras

0,9fcm (MPa) Estribos Acn

(cm2) Fu,exp (kN)

Fu,teo (kN)

Fu,exp / Fu,teo

Data da Concretagem

(2001)

Data de Ensaio (2001)

P40a05 0,51% 59,31 ∅6,3c/05 103,45 2.384 1.114 2,14 10/01 12/02 P40a10 0,51% 59,31 ∅6,3c/10 103,45 2.022 1.114 1,82 10/01 25/07 P40a15 0,51% 59,31 ∅6,3c/15 103,45 2.244 1.114 2,01 10/01 14/05 P60a05 0,76% 63,57 ∅6,3c/05 103,45 2.429 1.154 2,11 10/01 26/07 P60a10 0,76% 63,57 ∅6,3c/10 103,45 2.121 1.154 1,84 10/01 26/07 P60a15 0,76% 63,57 ∅6,3c/15 103,45 2.007 1.154 1,74 10/01 27/07 P80a05 1,02% 68,32 ∅6,3c/05 103,45 1.830 1.199 1,53 10/01 27/07 P80a10 1,02% 68,32 ∅6,3c/10 103,45 2.184 1.199 1,82 10/01 28/07 P80a15 1,02% 68,32 ∅6,3c/15 103,45 1.973 1.199 1,65 10/01 31/07

3.5.5 – Comparação com outros autores

COLLINS et al.(1993) propõe um coeficiente K3, multiplicando a parcela resistente do

concreto, para se levar em conta a seção transversal total do pilar, sendo a fórmula descrita da

seguinte maneira:

yscscteou fAfAAKF +−= )(3, (3.5)

onde:

'3106,0

cfK += para fc’ em MPa. (3.6)

Ac = área da seção transversal total do pilar.

Na tabela 3.9 pode ser vista uma análise entre os valores obtidos para a força resistente

teórica, utilizando o coeficiente K3 proposto por COLLINS et al.(1993), com os resultados

experimentais.

A formulação indicada por COLLINS et al.(1993) é baseada na determinação da

resistência à compressão do concreto através de ensaios de corpos-de-prova cilíndricos de 15cm

x 30cm. Como nos ensaios realizados para determinação da resistência média à compressão fcm

usaram-se corpos-de-prova de 10cm x 20cm, faz-se um ajuste em fcm multiplicando-o com o

coeficiente 0,95, que é para se levar em consideração a diferença das dimensões dos corpos-de-

prova.

A adição de fibras ao concreto diminui sua resistência à compressão, mas como as taxas

de fibras usadas para execução do concreto dos pilares ficaram nos limites inferiores indicadas

pela literatura técnica, não houve diferenciação de uma resistência ou outra, em função da adição

de fibras, sendo necessário um número maior de ensaios para a indicação de outro coeficiente no

lugar de K3 para o cálculo da força resistente, considerando a seção transversal total e para que

fosse levada em conta a adição de fibras ao concreto

Tabela 3.9 - Resumo dos Ensaios dos Pilares

Pilar Taxa

de Fibras

fcm (MPa)

0,95fcm (MPa) Estribos Ac

(cm2) Fu,exp (kN)

Fu,teo (kN)

Fu,exp / Fu,teo

P40a05 0,51% 65,90 62,61 ∅6,3c/05 400 2.384 2.395 1,00 P40a10 0,51% 65,90 62,61 ∅6,3c/10 400 2.022 2.395 0,85 P40a15 0,51% 65,90 62,61 ∅6,3c/15 400 2.244 2.395 0,94 P60a05 0,76% 70,63 67,10 ∅6,3c/05 400 2.429 2.500 0,97 P60a10 0,76% 70,63 67,10 ∅6,3c/10 400 2.121 2.500 0,85 P60a15 0,76% 70,63 67,10 ∅6,3c/15 400 2.007 2.500 0,81 P80a05 1,02% 75,91 72,11 ∅6,3c/05 400 1.830 2.617 0,70 P80a10 1,02% 75,91 72,11 ∅6,3c/10 400 2.184 2.617 0,84 P80a15 1,02% 75,91 72,11 ∅6,3c/15 400 1.973 2.617 0,76

Como é possível perceber pela tabela 3.9, a proposta de COLLINS et al(1993) não fica a

favor da segurança quando aplicado nos pilares de concreto com fibras metálicas, mesmo com o

aumento da espessura do cobrimento.

Na tabela 3.10, são mostrados os resultados da tese de doutorado de LANGLOIS(1996),

que ensaiou pilares em concreto de alta resistência com fibras metálicas.

Tabela 3.10 – Análise Teórica dos Resultados dos Ensaios (LANGLOIS(1996))

Pilar

Vf

(%) ρw

(%) fc´

(MPa) Pmáx (kN)

P0 (kN)

Pmáx / P0

4BF0.25 0,25 3,4 101,4 5.857 5.470 1,06 4BF0.50 0,50 3,4 100,4 6.129 5.423 1,11 4BF1.0 1,00 3,4 91,3 5.740 4.944 1,13 5BF0.25 0,25 3,4 101,4 6.024 5.482 1,08 5BF0.50 0,50 3,4 100,4 6.057 5.436 1,09 5BF1.0 1,00 3,4 91,3 6.253 4.954 1,23

yst´cc0 fAfA85,0P += (3.7)

onde:

Ac = Área da seção transversal do pilar = 552,25cm2;

Ast = Área de armadura longitudinal = ;

fc´ = Resistência do concreto; e

fy = Resistência de escoamento do aço.

O fator de multiplicação de 0,85 encontra-se proposto no trabalho de CUSSON(1994).

Na tabela 3.11 é apresentado os resultados obtidos pela pesquisadora no programa de

doutorado (GUIMARÃES(1999)):

Os pilares ensaiados neste trabalho tinham aproximadamente 1,5cm de cobrimento e a

área resistente do pilar foi considerada como sendo a área do núcleo delimitada pelos estribos.

Ao observar a tabela 3.11 é possível concluir que o cobrimento realmente não faz parte da seção

resistente do pilar, pois a força experimental ficou muito próxima da força teórica.

Tabela 3.11 – Análise Teórica dos Resultados dos Ensaios (GUIMARÃES(1999))

Pilar

Vf

(%) ρw

(%) 0,9fcm

(MPa) Fu,exp (kN)

Fu,teo (kN)

Fu,exp / Fu,teo

Fun,teo (kN)

Fu,exp / Fun,teo

P1a15-1 0,25 0,55 72,93 2.453 3.383 0,73 2.303 1,07 P1a15-2 0,25 0,55 79,03 2.714 3.621 0,75 2.451 1,11 P1a10-1 0,25 0,82 76,92 2.581 3.539 0,73 2.400 1,08 P1a10-2 0,25 0,82 76,92 2.304 3.539 0,65 2.400 0,96 P1a05-1 0,25 1,63 72,61 2.291 3.371 0,68 2.295 1,00 P1a05-2 0,25 1,63 72,61 2.449 3.371 0,73 2.295 1,07 P2a15-1 0,50 0,55 64,67 2.208 3.061 0,72 2.103 1,05 P2a15-2 0,50 0,55 64,67 1.827 3.061 0,60 2.103 0,87 P2a15-1r 0,50 0,55 59,82 1.840 2.871 0,64 1.985 0,93 P2a15-2r 0,50 0,55 59,82 1.841 2.871 0,64 1.985 0,93 P2a10-1 0,50 0,82 71,98 2.911 3.346 0,87 2.280 1,28 P2a10-2 0,50 0,82 71,98 3.028 3.346 0,91 2.280 1,33 P2a05-1 0,50 1,63 69,87 2.491 3.264 0,76 2.229 1,12 P2a05-2 0,50 1,63 69,87 2.554 3.264 0,78 2.229 1,15 P3a15-1 1,00 0,55 69,37 2.509 3.244 0,77 2.217 1,13 P3a15-2 1,00 0,55 69,37 2.360 3.244 0,73 2.217 1,06 P3a10-1 1,00 0,82 58,52 2.373 2.821 0,84 1.954 1,21 P3a10-2 1,00 0,82 58,52 2.164 2.821 0,77 1.954 1,11 P3a05-1 1,00 1,63 62,14 2.333 2.962 0,79 2.041 1,14 P3a05-2 1,00 1,63 62,14 2.454 2.962 0,83 2.041 1,20 P4a15-1 0,75 0,55 71,88 2.584 3.342 0,77 2.277 1,14 P4a15-2 0,75 0,55 71,88 2.609 3.342 0,78 2.277 1,15 P4a10-1 0,75 0,82 77,72 2.603 3.573 0,73 2.421 1,08 P4a10-2 0,75 0,82 77,72 2.598 3.573 0,73 2.421 1,07 P4a05-1 0,75 1,63 67,69 2.222 3.190 0,70 2.183 1,02 P4a05-2 0,75 1,63 67,69 2.199 3.190 0,69 2.183 1,01 P3p10-2 0,50 0,82 51,35 2.391 2.541 0,94 1.780 1,34

Média 1,09 O desvio padrão é dado por:

( )( )1nn

xxns

22

d −

−= ∑∑ (3.8)

onde:

sd = desvio padrão;

n = número de amostras(ou pontos);

x = valor das amostras.

Para os valores da relação Fu,exp/Fu,teo da tabela 3.11, o desvio padrão foi encontrado ser

igual a 0,12 e a variância, que é dada em porcentagem é igual a 10,5%.

3.5.6 – Conclusão

Esta pesquisa sobre pilares de concreto de alta resistência com adição de fibras metálicas,

desenvolvida neste programa de pós-doutorado na Escola Politécnica – USP, teve início no

trabalho de doutorado, feito pela pesquisadora em questão, na Escola de Engenharia de São

Carlos – USP.

Dos resultados obtidos nos ensaios dos pilares, pôde-se concluir que o aumento do

cobrimento das armaduras nos pilares faz com que a seção resistente não fique limitada apenas

ao núcleo delimitado pelos estribos, como foi observado nos resultados de GUIMARÃES(1999),

CUSSON(1994) e LANGLOIS(1996). Houve uma contribuição significativa do cobrimento na

resistência do pilar à carga última.

Não houve destacamento do cobrimento antes da ruptura do pilar, o que reforça a idéia da

participação deste na seção resistente. Portanto, indica-se o uso de cobrimentos de armadura

mais espessos na construção de pilares de concreto de alta resistência.

Quanto ao aumento de ductilidade do pilar com a adição de fibras no concreto, os

resultados mostraram que com um arranjo simples de armadura de estribo para pilares de seção

transversal quadrada (ou retangular), não há o efeito de confinamento e conseqüentemente

aumento da ductilidade do elemento. Segundo LEVESQUE(1998), as fibras são efetivas no

aumento da ductilidade a partir do momento em que este efeito já é dado pelos estribos, ou seja,

só a adição de fibras no concreto, da ordem de 1% de taxa volumétrica de adição, não é

suficiente para que o elemento tenha aumentada a sua ductilidade. É necessário já existir

confinamento dado pelos estribos e assim a adição de fibras irá aumentar esse efeito, assim como

o da ductilidade.

444 ––– CCCOOONNNCCCLLLUUUSSSÃÃÃOOO

O período do programa de pós-doutoramento, que foi beneficiado com este Projeto de

Auxílio à Pesquisa, a pesquisadora Ana Elisabete Paganelli Guimarães teve um envolvimento

maior com as atividades de pesquisa do laboratório, podendo dar prosseguimento ao plano de

pesquisa sobre pilares em concreto armado de alta resistência com adição de fibras, iniciado no

seu programa de doutorado na Escola de Engenharia de São Carlos. Do ponto de vista da

pesquisadora, os resultados da pesquisa foram muito promissores, indicando uma linha de

pesquisa que deve ser mais profundamente estudada, com o intuito de colaborar com o avanço

tecnológico brasileiro no mercado das estruturas de concreto, principalmente com o domínio das

técnicas de uso do concreto de alta resistência para edifícios altos e do concreto com adição de

fibras metálicas.

Artigos estão sendo elaborados para publicação em revista técnica especializada, sendo

que a revista “Structural Concrete – Journal of FIB” é a primeira para a qual será enviado um

trabalho.

555 --- BBBIIIBBBLLLIIIOOOGGGRRRAAAFFFIIIAAA

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Anexo A

Neste Anexo constam os gráficos das curvas Tensão – Deformação dos corpos-de-prova

com dimensões de 10cm x 20cm, que foram ensaiados à compressão com deformação controlada

para que fosse obtido o índice de tenacidade.

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,000

100

200

300

400

500

600

P40 A B C

Forç

a (k

N)

Deslocamento (mm/m)

Figura A.1 – Curvas Tensão – Deformação para concretos com 40kg/m3 de adição de fibras

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,000

100

200

300

400

500

600

P60 A B C

Forç

a (k

N)

Deslocamento (mm)


0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,000

100

200

300

400

500

600

P80 A B C

Forç

a (k

N)

Deslocamento (mm)


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