Avaliação da influência do confinamento e da adição de fibras metálicas na resistência e ductilidade de pilares curtos produzidos com concreto de ultra alto desempenho

Abstract

O concreto de ultra alto desempenho (UHPC – Ultra-High Performance Concrete) apresenta propriedades de resistência e durabilidade superiores às classes de concretos já existentes, o que está associado à composição, formada principalmente por materiais pulverulentos. Quando submetidos a um carregamento, este concreto apresenta um longo trecho linear até o alcance da força máxima, seguido por uma ruptura do tipo frágil, o que gera insegurança da sua aplicação em elementos estruturais. Algumas pesquisas já indicam que a adição de fibras metálicas e o confinamento com armadura transversal, proporcionam incrementos de ductilidade a pilares produzidos com UHPC, entretanto, não se conhece o fator de influência que cada um deles exerce. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a avaliação da influência do confinamento e da adição de fibras metálicas no comportamento pós-pico de pilares de concreto de ultra alto desempenho, de seção 10 cm x 10 cm e altura de 80 cm, submetidos à compressão centrada. Foram produzidos pilares com três taxas de adições de fibras metálicas, 0%, 1,5% e 3%, e com três espaçamentos de armadura transversal, dispostas para garantia do baixo, médio e alto índice de confinamento. Para cada teor de fibra também foram confeccionados pilares sem armadura, desta forma, ao total foram 12 combinações distintas. Os resultados indicam que a adição de fibras metálicas para ambos os teores, proporcionam o mesmo incremento de ductilidade que o aumento do grau de confinamento dos pilares, e que, o efeito do confinamento e da adição de fibras se somam na melhora do comportamento dos pilares. Portanto, tomando como referência as propriedades dos materiais desta pesquisa, a adição de fibras possui capacidade de substituir parcialmente o confinamento na promoção de ductilidade dos pilares de concreto de ultra alto desempenho, sendo o nível de substituição dependente da capacidade de absorção de energia buscada. Por fim, em comparativo a tensão e deformação do concreto confinado obtidos experimentalmente, foram analisados três modelos analíticos de confinamento de concreto, onde constatou-se baixa precisão na previsão do comportamento dos pilares confinados.

Ultra-High Performance Concrete (UHPC) presents strength and durability properties superior to existing concrete classes, which are associated with its composition, formed mainly by powdery materials. When subjected to loading, this concrete presents a long linear response until the maximum force is reached, followed by a brittle-type rupture, which makes its application in structural elements unsafe. Some researches already indicate that the addition of metallic fibers and the confinement with transverse reinforcement provide ductility increments to columns produced with UHPC, however, the influence degree that each one exerts is not known. In this context, the present study aims to evaluate the effect of confinement and of the addition of steel fibers in the post-peak behavior of ultra-high performance concrete columns, with a cross-section of 10 cm x 10 cm and a height of 80 cm, submitted to centered compression. The columns were produced with three rates of metallic fibers, 0%, 1.5%, and 3%, and with three spacings of transverse reinforcement, arranged to ensure low, medium, and high confinement index. For each fiber rate, columns without reinforcement were also produced, totaling 12 different combinations. The results indicate that the addition of metallic fibers for both rates provides the same increase in ductility as the increase in the degree of confinement of the columns and that the effect of confinement and of fibers add up to improve the behavior of the columns. Therefore, taking as reference the material properties of this research, the addition of fibers can partially replace the confinement in promoting ductility of ultra-high performance concrete columns, considering that the level of substitution depends on the energy absorption capacity sought. Finally, in comparison to experimentally obtained confined concrete stress and strain, three analytical models of concrete confinement were analyzed, which showed low accuracy in predicting the behavior of confined columns.