[pt] Pilares mistos são pilares compostos de perfis metálicos, concreto e vergalhões. Um tipo destes pilares é aquele em que um perfil metálico fechado é preenchido com concreto armado, que é o tipo de pilar adotado neste trabalho. Uma de suas vantagens é a facilidade de execução. O objetivo deste trabalho é estudar experimentalmente o comportamento dos pilares mistos quando sujeitos à flexão-compressão. Inicialmente foi realizada uma série de ensaios em corpos de prova mistos com a finalidade de se obter a curva tensão- deformação do concreto confinado. Em seguida foram realizados 15 ensaios de pilares mistos onde as variáveis estudadas foram o comprimento de flambagem do pilar, a excentricidade da carga e a taxa de armadura. Os resultados experimentais foram comparados com as resistências calculadas de acordo com os métodos propostos nas normas técnicas NBR 14323 e no EuroCode 4. De uma forma geral, todos os métodos de cálculo forneceram bons resultados. / [en] Composite columns are a structural members subjected to compression and bending, made of concrete and structural steel. One particular type of composite column consists of rectangular steel hollow sections completely filled with concrete and reinforcing bars, which is the type of column considered in this work. One of the advantages of this column is the construction facility. The objective of this work is to study experimentally the behaviour of composite columns when subjected to combined compression and bending. Initially a series of tests of composite specimens was carried out in order to obtain the stress-strain curve for the concrete confined by the steel section. Following that, 15 composite columns were tested with the purpose of studying the effect of the buckling length, load eccentricity and reinforcement ratio on the column strength. The experimental results were compared to theoretical resistances calculated by the NBR 14323 and EuroCode 4 Code Requirements. In general, a good agreement was found between the experimental and theoretical results.

[pt] A obtenção de estruturas mais resistentes e rígidas, e economicamente viáveis, é uma preocupação cada vez maior na construção civil. Sob essa ótica, este trabalho tem o objetivo de avaliar o comportamento de pilares mistos de seção composta através de uma modelagem numérica. Foram estudados dois tipos de seções, uma composta por dois perfis I laminados, e outra por dois perfis U enrijecidos, em ambos os casos conectados por perfis I e preenchidos com concreto armado. Com o uso do software ABAQUS, foi avaliado o comportamento estrutural dos elementos submetidos a carregamentos de flexão, compressão e flexo-compressão. O modelo foi validado através da comparação com dados experimentais de estudos anteriores e resultados previstos pela norma técnica brasileira, conseguindo representar adequadamente o comportamento das curvas momento-deslocamento e força-deslocamento. As resistências obtidas a partir dos modelos numéricos foram superiores aos valores esperados pela solução teórica, principalmente no carregamento de compressão. De modo a avaliar a viabilidade econômica do sistema misto proposto, foi realizado o dimensionamento de um galpão industrial, que evidenciou ganho significativo de inércia em relação a um sistema composto apenas por perfis de aço, resultando em uma economia de até 11 por cento na massa equivalente em aço. Por fim, desenvolveu-se um estudo paramétrico para investigar a influência do número de conectores, da sua disposição, da resistência do concreto e do diâmetro da armadura na resistência do pilar. / [en] A growing concern in civil construction is to obtain structures that are more resistant, rigid and economically feasible. This study aims to evaluate the behavior of steel-concrete columns of composite section, through numerical modeling. The studied cross-sections were composed of two rolled I profiles, and other with C-lip channels, connected by I profiles, and filled with reinforced concrete. The ABAQUS software was used to evaluate the structural behavior of the columns subjected to flexural, compression and eccentric compression loads. The model was calibrated through experimentally obtained data from previous studies, and results provided by the Brazilian National Standards, and it was able to properly reproduce the moment-displacement and load-displacement curves. The obtained resistances from the numerical models were greater than the ones expected by the theoretical solution, especially under compression load. In order to evaluate the economic feasibility of the proposed composite model, a design example of an industrial shed was conducted, and it showed a significant increase in moment of inertia when compared to steel-only box sections, which resulted in savings of up to 11 percent in equivalent mass of steel. Finally, a parametric study was made to investigate the influence of the number and disposition of the connectors, and the contribution of the concrete resistance and reinforcement s diameter in the strength of the columns.

[pt] Estruturas mistas de aço e concreto estão se tornando cada vez mais viáveis do ponto de vista de execução com custos mais competitivos. Graças às pesquisas e aos estudos desenvolvidos que visam aproveitar ao máximo as vantagens oferecidas pelos materiais concreto e aço, as estruturas mistas vêm sendo cada vez mais utilizadas na construção civil. Neste estudo são apresentadas as configurações estruturais dos pilares mistos e recomendações de projeto de normas vigentes. O objetivo dessa dissertação é avaliar o comportamento experimental de pilares mistos com perfis de aço de alta resistência submetidos a ensaios em escala real. Para tal avaliação, levou-se em consideração as características e propriedades dos materiais que compõem as peças: concreto, aço das armaduras e aço de alta resistência dos perfis U de chapa dobrada. Para atingir o objetivo deste trabalho, foram testados seis elementos mistos com seção transversal formada por dois perfis U de chapa dobrada e concreto armado, formando uma seção retangular. Inicialmente duas colunas foram submetidas à compressão centrada e duas vigas foram testadas à flexão. Posteriormente os dois pilares mistos foram ensaiados com excentricidade de 40 mm no carregamento. Os resultados experimentais foram, então, analisados e comparados com os resultados teóricos calculados com as recomendações da norma brasileira ABNT NBR 8800:2008 e do Eurocode 4, 2004. E os resultados experimentais foram em média coerentes com os teóricos calculados. / [en] Composite structures of steel and concrete are becoming increasingly feasible from the execution point of view, with more competitive costs. Thanks to the work and studies developed that aim to make the most of the advantages offered by both materials, they have been increasingly used in building construction. This study presents the structural configurations of the composite beam-columns and design recommendations using current codes. The objective of this dissertation is to evaluate the experimental behavior of composite beam-columns with high strength steel profiles tested in real scale specimens. For this analysis, the characteristics and properties of the materials that compose the structure were taken into consideration: concrete, reinforcing steel and high strength steel of the cold formed sections. To reach the aims of this work, six composite elements with cross section formed by two channel profiles of folded sheet and reinforced concrete were tested. Initially two columns were subjected to centered compression and two beams were subjected to flexural tests. Subsequently, the composite beam-columns were tested with a 40 mm eccentricity at loading. The experimental results were then analyzed and compared with the theoretical ones, which were calculated with the recommendations of the Brazilian standard ABNT NBR 8800:2008 and the Eurocode 4, 2004. The experimental results, obtained were consistent with the theoretical predictions.

[pt] Nesta dissertação, foi desenvolvido um estudo experimental de um sistema de pilares mistos. O modelo estrutural consiste em dois perfis I laminados ligados por conectores soldados na região das almas, e com concreto armado preenchendo a região entre os perfis. Além dos conectores ligando as almas dos perfis principais do pilar, também se têm a presença de conectores do tipo stud bolt soldados nas almas, permitindo maior interação aço-concreto e evitando a flambagem de alma. Neste trabalho, são apresentados os detalhes do sistema construtivo, evidenciando a melhor maneira de executar a fabricação do sistema misto, assim como as recomendações de projeto. Com base em resultados teóricos iniciais e nos custos inerentes à produção do sistema, desenvolveu-se um programa experimental no Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC-Rio. Este programa experimental teve como objetivo avaliar o comportamento estrutural do sistema proposto quando sub-metido à flexão, determinar o comportamento carga x deslocamento da estrutura, a carga última de plastificação da estrutura, as dificuldades de montagem do sistema, assim como o custo benefício ao levar em conta todos os processos realizados. / [en] In this work, an experimental study on a new composite column system is developed. It consists on a double I section column connected by the webs and filled with reinforced concrete between the I sections. It also includes stud bolt connectors welded to the webs, allowing a higher steel-concrete interaction and avoiding web buckling. Throughout this work, details on the best way to fabricate the system will be provided and also project recommendations will be given. An experimental programme was developed at the Structures and Materials Laboratory of PUC-Rio. The objective of this programme was to evaluate the structural behaviour of the proposed system when submitted to a bending test, determining its load vs displacement behaviour, the ultimate plastic load, the difficulties of fabrication and the cost-benefit after considering all of the steps developed.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo avaliar o comportamento estrutural de um sistema misto pré-fabricado através de um estudo teórico-experimental. O modelo estrutural é composto por dois perfis I laminados que são ligados através de conectores localizados na alma do perfil I e preenchidos por concreto armado. Foi realizado um estudo teórico baseado na análise linear elástica e formulações não lineares através do Método dos Elementos Finitos (MEF) com o uso do software ABAQUS avaliando o comportamento estrutural submetido à flexão no eixo não-múltiplo. Foi analisado o comportamento carga x deslocamento, bem como a carga última do sistema. Foi desenvolvido um programa experimental no Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC-Rio, para avaliar o comportamento estrutural do sistema proposto, quando submetido à flexão, a fim de validar os resultados obtidos na análise numérica. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados obtidos computacionalmente e os teóricos calculados com base na norma ABNT NBR 8800:2008. Por fim, foram avaliadas as condições econômicas para implementação do sistema e analisada a eficiência estrutural visando um método construtivo industrializado. / [en] This study aims to evaluate the structural behavior of a pre-fabricated composite system by developing a theoretical and experimental study. The structural model consists of a rolled double I section connected by its webs and filled with reinforced concrete. A theoretical study, based on linear and nonlinear static analysis considering the Finite Element Method (FEM), was done using ABAQUS software. Based on this study, an experimental programme was developed at the Structure and Materials Laboratory of PUC-Rio, to evaluate the structural behavior of the proposed system submitted to a bending test, in order to validate the numerical results obtained in the numerical analysis. The experimental results were compared to the numerical results and the design recommendations of the Brazilian standards ABNT NBR 8800:2008. Finally, the economic conditions for the implementation of the system and its structural efficiency were evaluated, aiming to industrialization of construction.