BOLETIM TÉCNICO PEF-ESPUSP

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1 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

2 ÍÍNDIICE 1 - INTRODUÇÃO PESQUISA SOBRE PILARES MATERIIAIIS MATERIAIS ENVOLVIIDOS ENVOLVIDOS Concreto de Alto Desempenho Concreto com Fibras Pilares de CAD Uso das Fibras em Pilares de Concreto de Alta Resistênia 16 3 PESQUISA SOBRE PILARES METODOLOGIIA METODOLOGIA EXPERIIMENTAL EXPERIMENTAL PROGRAMA DE ENSAIIOS ENSAIOS OBTENÇÃO DO CONCRETO DE ALTA RESIISTÊNCIIA RESISTÊNCIA Materiais EXECUÇÃO DOS PIILARES PILARES Armadura Fôrmas Instrumentação da Armadura Concretagem dos pilares PESQUIISA PESQUISA SOBRE PIILARES PILARES Resistência Média à Compressão Cálculo do Índice de Tenacidade do Concreto com Fibras Metálicas Ensaios dos Pilares Resultados dos Ensaios dos Pilares Comparação com outros autores Conclusão 47 4 CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA

3 1 -- IINTRODUÇÃO 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

4 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. comprimento de flambagem do cobrimento da armadura plano de ruptura definido pela armadura flambagem do cobrimento da armadura Figura 1.1 Destacamento do Cobrimento da Armadura (LANGLOIS & PAULTRE(1996))

5 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. 2 PESQUIISA SOBRE PIILARES MAATTEERRI IIAAI IISS EENNVVOLLVVI IIDDOSS 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

6 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

7 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, fazse 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. Agregado Zona de Transição Matriz da Pasta de Cimento Figura 2.1 Representação da Zona de Transição e da Matriz da Pasta de Cimento no Concreto (MEHTA & MONTEIRO(1994)) O CAD é um material de construção cuja utilização têm aumentado nestes anos pelos seguintes motivos: redução de custos, construção de pilares mais esbeltos, maior rigidez dos elementos, encurtamento axial menor, menor efeito de retração, durabilidade, impermeabilidade e tempo de desmoldagem menor. Uma certa importância deve ser dada ao fato que parâmetros para projeto e fatores de segurança usados quando se adotam concretos da Classe I, não devem ser extrapolados para concretos destas resistências. Cuidados adicionais devem ser tomados, principalmente por causa da redução da ductilidade do CAD. As principais diferenças, segundo o Boletim 197 do CEB-FIP(1990), entre as curvas tensão x deformação para o concreto convencional e o CAD são (figura 2.2):

8 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. Tensão (MPa) Deformação (10-3 ) Figura 2.2 Curvas Tensão x Deformação Típicas de Concretos de Alto Desempenho (NEVILLE(1997)) 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

9 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.;

10 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. Concreto com Grandes Quantidades de Fibras Tensão Concreto com Pequenas Quantidades de Fibras Matriz de Concreto Deformação Figura 2.3 Curvas Tensão x Deformação para Concretos com Grandes e Pequenas Quantidades de Fibras (BALAGURU & SHAH(1992)) Os principais problemas encontrados nos primeiros estágios de uso do material foram dificuldades na mistura e trabalhabilidade. Para grandes volumes de fibras são formados empolamentos durante o processo de mistura. O tamanho do agregado graúdo era normalmente restringido para facilitar o uso de fibras curtas e evitar o empolamento. Sempre há redução na trabalhabilidade do concreto com a adição de fibras e isto tende a afetar a sua qualidade durante a moldagem, especialmente para grandes quantidades. No começo, o concreto reforçado com fibras era usado para pavimentos e pisos industriais. Mas, atualmente, o compósito de cimento reforçado com fibras tem grande variedade de aplicações, incluindo pavimentos para rodovias, estruturas de pontes, túneis, obras hidráulicas, estruturas resistentes à explosões e etc.. A grande dificuldade no manuseio do CRF requer mais planejamento e mão-de-obra especializados, que os procedimentos de construção com concretos convencionais. O concreto reforçado com fibras é usualmente especificado, segundo o ACI 544.3R-93, pela resistência, que pode ser à tração, à compressão ou à flexão, e quantidade de fibras, mas atualmente, a sua definição se dá pelo índice de tenacidade.

11 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 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

12 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. Tensão Axial Nominal (MPa) Deformação Axial ( ) Figura 2.4a Efeito da Armadura Longitudinal na Ductilidade

13 Carga Axial (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,

14 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;

15 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))

16 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 c A g. Entretanto, para o mesmo nível de carga axial medida como uma fração de P 0 (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 ρ s f yt /f c 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

17 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 cargaflecha 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 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 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

18 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

19 (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 pósdoutorado. 3 PESQUIISA SOBRE PIILARES MEETTODDOLLOGI IIAA EEXXPPEERRI IIMEENNTTAALL 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;

20 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 PPRROGRRAAMAA DDEE EENNSSAAIIIOSS 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/m 3 ), 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 altura de 120cm, com espaçamento de estribos a cada 15cm, a cada 10cm e a cada 05cm, 8φ12,5mm para as barras longitudinais compondo a seção transversal e adição de fibras na taxa volumétrica de 0,75%(60kg/m 3 ), constituindo as séries P60a15, P60a10 e P60a05, sendo ensaiado 1 pilar por série; e) 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 05cm, 8φ12,5mm para as barras longitudinais compondo a seção transversal e adição de fibras na taxa volumétrica de 1,00%(80kg/m 3 ), constituindo as séries P80a15, P80a10 e P80a05, sendo ensaiado 1 pilar por série;

21 OBBTTEENNÇÇÃÃO DDO CCONNCCRREETTO DDEE AALLTTAA RREESSI IISSTTÊÊNNCCI IIAA 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. Cimeennt too 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/cm 3. Após o recebimento dos sacos de cimento, os mesmos foram levados à concreteira e utilizados no dia seguinte ao recebimento. SSí íliccaa Ativvaa Utilizou-se a sílica não densificada, SILMIX ND com massa específica de 2,22g/cm 3, material este recebido em doação e especificado pelo fabricante. SSuuppeerrppl laasst tificcaannttee 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 prémoldados 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.

22 Água Para a mistura do concreto foi utilizada água proveniente da rede pública de abastecimento da cidade de São Paulo. Agregado Miúdo 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. Características do Material Tabela 3.1 Características do agregado miúdo 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/dm 3 2,623 2,50 2,70 NBR 9776 Peso Espec. Aparente Kg/dm 3 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

23 Agregado Graúdo 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. Características do Material Tabela 3.2 Características do agregado graúdo 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/dm 3 2,739 2,65 2,75 NBR 9776 Peso Espec. Aparente Kg/dm 3 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

24 Fibbrraass ddee Aççoo Foram usadas fibras metálicas com gancho nas extremidades e suas características podem ser vistas na tabela 3.3. Seção Transversal Diâmetro (mm) Tabela Fibras Utilizadas Comprimento (cm) Relação de Aspecto (L/d) Circular 0,80 6,00 75 Doossaaggeem ee PPrroocceeddi imeennt too ddee Misst tuurraa 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 1m 3 (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, EEXXEECCUUÇÇÃÃO DDOSS PPI IILLAARREESS 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.

25 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.

26 4cm 10cm 17,5cm 17,5cm 116cm 120cm 4cm 17,5cm 2,5cm 17,5cm 10,8cm 20cm 20cm 4,75cm 20cm 5,4cm 4,6cm 20cm 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.

27 Tensão (MPa) Diâmetro de 12,5mm Amostra 1 Amostra 2 Amostra 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 Tensão (MPa) Diâmetro de 6,3mm Amostra 1 Amostra 2 Amostra Deformação (mm/m) Figura 3.6 Diagrama Tensão x Deformação para as Barras de 6,3mm 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

28 concretagens de 3 pilares de seção transversal quadrada de 200mm x 200mm, sendo posicionada na direção horizontal, pela facilidade de preenchimento ,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1, ,5 21,5 1, ,5 99 Figura 3.7 Fôrmas de madeira Instrumentação da Armadura Na figura 3.8 podem ser vistas as armaduras posicionadas dentro das fôrmas e a instrumentação feita nas barras longitudinais e nos estribos, onde foram usados strain gages, que eram ligados ao sistema de aquisição de dados, para leitura das deformações que ocorriam nas armaduras. Em cada fôrma foram posicionados as armaduras com espaçamento entre os estribos de 5cm, 10cm e 15cm. As barras longitudinais foram mantidas inalteradas de pilar para pilar.

29 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 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/m 3. Foi retirada uma quantidade conhecida de concreto do caminhão e colocado em uma caçamba, como mostra a figura Foi adicionado mais um quantidade de fibras no concreto que restou dentro do caminhão de tal maneira que este tivesse

30 60kg/m 3 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/m 3. 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

31 Figura 3.13 Finalização da moldagem dos pilares e corpos-de-prova Informações sobre o Procedimento de Mistura 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 (0,35m 3 ). 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.

32 Adicionou-se no caminhão betoneira mais 13kg de fibras para que o concreto tivesse a proporção de 60kg/m 3 (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/m 3 (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 PPEESSQUUI IISSAA SSOBBRREE PPI IILLAARREESS 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 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 (%) Data (MPa) P40a05 0,50 12/02/ ,90 P40a10 0,50 12/02/ ,90 P40a15 0,50 12/02/ ,90 P60a05 0,75 27/08/ ,63 P60a10 0,75 27/08/ ,63 P60a15 0,75 27/08/ ,63 P80a05 1,00 27/08/ ,91 P80a10 1,00 27/08/ ,91 P80a15 1,00 27/08/ ,91 onde V f é a taxa volumétrica de adição de fibras, dada em porcentagem. V f f cm

33 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 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. σ = c 4p πd 2 (3.1) onde: σ c = resistência à compressão (kgf/cm 2 ) (N/mm 2 ); 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. σ c onde: 4Τ = πd c 2 δtc (3.2) σ c = índice de tenacidade à compressão (kgf/cm 2 ) (N/mm 2 ); Τ c = tenacidade à compressão (kgf.cm) (J); δ tc = 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/m 3 ), 0,76% (60kg/m 3 ) e 1,02% (80kg/m 3 ),

34 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. Série Tabela 3.6 Resultados dos Índices de Tenacidade para o Concreto 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 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/m 3 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/m 3 de adição de fibras e espaçamento entre estribos de 15cm.

35 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.

36 Figura 3.14 Esquema do pórtico espacial usado nos ensaios 32

37 Figura 3.15 Vista do pórtico espacial usado nos ensaios Figura 3.16 Vista do equipamento utilizado para controle dos ensaios Resultados dos Ensaios dos Pilares Série P40a05 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.