O objetivo da pesquisa foi obter subsídios para o projeto de pilares de concreto de alta resistência, submetidos à compressão simples, com concreto de resistência média de 60 MPa. Este projeto faz parte de um plano mais amplo onde já se têm resultados experimentais que traduzem o comportamento de pilares moldados com concreto de resistência média à compressão de 80 MPa. Nestes constatou-se a participação isolada do núcleo de concreto definido pelo eixo da armadura transversal como seção resistente dos pilares. Na etapa experimental foram ensaiados pilares com seções transversais quadradas de 200 mm x 200 mm e retangulares de 150 mm x 300 mm. As alturas dos pilares correspondem a seis vezes a menor dimensão da seção transversal, portanto, 1200 mm e 900 mm, respectivamente. Nos modelos de seção quadrada, o valor médio das relações entre as forças últimas experimentais e as forças últimas teóricas, considerando a seção total de concreto, resultou igual a 0,82, indicando que a seção resistente não é a seção total. Por outro lado, a média das relações entre as forças últimas experimentais e as forças últimas teóricas, considerando apenas a área do núcleo limitada pelo eixo dos estribos, resultou igual a 1,21, o que mostra que a seção resistente pode ser considerada, no Estado Limite Último, como a seção do núcleo. / This research\'s aim is to obtain information for design of high strength concrete columns under concentrically loads with medium cylinder compressive strength of 60 MPa. This project belongs to a more extensive plan which already has experimental results that represent the behavior of columns performed with concrete with medium cylinder compressive strength of 80 MPa. In these models has been verified the independent participation of concrete core defined by the transversal reinforcement axis as resistant section near the ultimate load. In the experimental stage it was tested twelve columns with square (200 mm x 200 mm) and rectangular (150 mm x 300 mm) cross sections. The height of the columns corresponds to six times the smallest dimension of the cross section, 1,200 mm and 900 mm, respectively. The medium value of the ratios between the ultimate experimental force and the ultimate theoretical force, regarding the full concrete section, was 0.82, indicating that the resistant section is not the full section. On the other hand, the medium of ratios between the ultimate experimental force and the ultimate theoretical force, considering only the core area limited by the axis of the lateral reinforcement bars, was 1.21, what shows that the resistant section can be considered as the core section in the Ultimate Limit State.

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[pt] O emprego de concretos de diferentes resistências em pilares e nos demais elementos do edifício, sendo o concreto dos pilares o de maior resistência, tem sido uma opção adotada em algumas edificações. Nas construções em geral, o concreto do pavimento é colocado continuamente atravessando o nó pilar-pavimento. Como resultado, o concreto da parte do pilar na região de encontro entre o pavimento e o pilar tem uma resistência menor do que no resto do pilar. Como, em geral, esta região do pilar se encontra confinada pelo pavimento, surge então a dúvida sobre qual é a resistência à compressão que se deve utilizar no cálculo do pilar; se deve ser a do pilar, a do pavimento ou um valor intermediário. O objetivo do trabalho é estudar experimentalmente a influência do confinamento do nó em pilares interceptados por vigas. As variáveis adotadas foram a taxa de armadura e a deformação específica inicial na armadura longitudinal das vigas. Nesta tese foram estudados experimentalmente quatro espécimes com vigas nas duas direções e oito espécimes com vigas em uma direção. Também foram ensaiados dois pilares isolados e homogêneos, um com concreto de mesma resistência à compressão do concreto utilizado no pilar e outro com concreto com resistência igual à resistência do concreto das vigas. As resistências nominais dos concretos das vigas e dos pilares foram 30 MPa e 70 MPa respectivamente. Os resultados indicaram que o confinamento promovido por vigas nas duas direções resulta num aumento significativo na carga de ruptura. O aumento da taxa de armadura das vigas aumenta a capacidade final somente nos espécimes com vigas nas duas direções. A influência da deformação inicial na armadura das vigas é inexpressiva. / [en] The use of concretes with different strengths in columns and in the others elements of the floor, with the columns having the concrete with the highest strength, has been an option adopted in some buildings. In general, the concrete of the floor is poured continuously crossing the floor-column joint. As a result, the concrete strength in the joint region is lower than the concrete strength of the rest of the column. Since, in general, the joint region is confined by the floor, a doubt on the effective strength of the joint remains. The objective of the present work was to study experimentally the influence of the lateral confinement in the joint region of columns intercepted by beams. The variables were the reinforcement ratio and the initial strain in the tension reinforcement of the beams. In the present thesis, four specimens with beams in one direction and eight specimens with beams in two directions were studied experimentally. In addition, two isolated columns were also tested, one with concrete of same strength of the concrete of the columns and other with concrete of same strength of the concrete of the beams. The compressive concrete strength of the beams and columns were 30 MPa and 70 MPa respectively. The results indicated that the confinement provided by beams in two directions causes a significant increase of the failure load. The increase of the tension reinforcement ratio of the beams increases the failure load only in specimens with beams in two directions. The initial strain in the tension reinforcement of the beams has no effect on the ultimate capacity of the specimens.

O emprego de pilares mistos formados por tubos de aço preenchidos com concreto de alta resistência, sobretudo em edifícios altos, é uma tendência em diversos países europeus, americanos e asiáticos. A tais elementos são atribuídas vantagens como: alta resistência e ductilidade, economia de materiais e mão-de-obra, redução das dimensões da seção transversal e melhoria no comportamento dos materiais aço e concreto, devido ao efeito de confinamento. Buscando suprir algumas carências de conhecimento, procura-se obter dados experimentais sobre o comportamento de pilares mistos axialmente comprimidos, possibilitando desta forma avaliar parâmetros como influência da forma da seção transversal e da espessura do perfil tubular no seu comportamento. Foram analisadas seções quadradas, circulares e retangulares, preenchidas por concreto com resistência média de 50MPa. A ruína destes elementos caracterizou-se pelo esmagamento do concreto, ocorrendo posteriormente a flambagem local do perfil em diversos pontos. A capacidade resistente prevista por diversas normas resultou em valores muito próximos dos experimentais, embora várias destas normas não considerem o efeito de confinamento. Os ensaios mostraram que o efeito de confinamento contribui de forma decisiva na melhoria do comportamento dos materiais, sobretudo ductilizando o concreto de alta resistência, entretanto seus efeitos não são significativos no aumento da capacidade resistente da seção mista. Alguns critérios para avaliação da ductilidade à compressão foram adaptados e mostraram bons resultados, possibilitando o cálculo do índice de ductilidade. / The use of concrete filled steel tubes especially in tall buildings is a tendency in several european, american and asian countries. The use of these members has several advantages: high resistance and ductility, saving of materials and labour, reduction of cross section dimensions and improvement in behaviour of the materials steel and concrete due the confinement. The main purpose of this study is provide some experimental results of the behaviour of concrete filled steel tubes concentrically loaded. The main experimental parameters considered were the influence of the cross-section shape and thickness of steel tube. Square, circular and rectangular cross-section shapes infilling with concrete of the 50MPa of strength were analyzed. The failure was characterized for crushing of the concrete and later local buckling of the steel section in several points. The strength capacity predicted for several standards showed good agreement with the experimental failure values although this does not consider the confinement of the concrete. The results of tests showed that the confinement effect contributes for improvement behaviour of materials, especially increasing the ductility of the high strength concrete. However the results showed that the triaxial confinement does not increase the axial capacity of the concrete filled steel tubes. Some methods to estimate the ductility of axially compressed concrete columns were adapted and showed good results permitting the calculation of the ductility index of short columns.

O efeito de confinamento do concreto em pilares submetidos à compressão axial traz diversos benefícios ao seu comportamento estrutural, dentre os quais destacam-se o aumento na resistência à compressão axial do concreto pela ação das pressões laterais, e a melhoria da ductilidade do elemento estrutural. Em função destas vantagens, o confinamento é uma das principais técnicas de reforço de pilares de concreto. Porém, dependendo da forma da seção transversal, a eficiência do reforço pode ficar comprometida em função da distribuição da pressão de confinamento. No caso de pilares de seção circular, esta distribuição é uniforme. Já em pilares de seção quadrada e retangular, existe concentração de tensão nos cantos da seção transversal, o que, no caso de reforço por encamisamento com PRFC, pode causar a ruptura prematura da camisa, resultando num reforço ineficiente. Com o intuito de considerar as diferentes configurações da distribuição da pressão de confinamento, utiliza-se um coeficiente de forma, que em seções diferentes da circular (para a qual este coeficiente é igual à unidade), minora o valor da pressão de confinamento, o qual é utilizado na previsão da carga de ruptura do pilar reforçado. Este trabalho tem como objetivo central o estudo de vários tipos de seção transversal com o intuito de avaliar a sua influência na eficiência do reforço e da ductilidade do elemento estrutural. Para tal, foram realizadas simulações experimentais com pilares de seção transversal circular, quadrada e retangular com os cantos arredondados, elíptica e uma seção composta por semicírculos. Os resultados demonstram que uma forma de seção transversal adequada é essencial para um bom desempenho do pilar reforçado, sendo assim, as seções transversais que apresentaram os melhores resultados foram a circular, a elíptica e a composta por semicírculos / The effect of the concrete confinement in columns submitted to the axial compression brings many benefits to its structural behavior, amongst them the increase of the axial compressive strength due to the action of the lateral pressures and the improvement of the ductility. In function of these advantages, the confinement is one of the main techniques for strengthening of concrete columns. However, depending on the shape of the cross section, the efficiency of the reinforcement can be impaired by the non-uniformity of the confinement pressure distribution. In the case of circular cross section columns, this distribution is uniform. Otherwise, in square and rectangular cross section columns, there is a pressure concentration at the cross section corners. In case of CFRP jackets, the pressure concentration leads to a premature rupture of the jacket, resulting in an inefficient reinforcement. Intending to consider the different confinement pressure distributions, a shape coefficient is applied to cross sections with distinguished shape from the circular one (for which this coefficient is equal to the unit), to correct the confinement pressure value. The corrected pressure is applied in theoretical evaluations of the column’s load carrying capacity. The main objective of work is to analyze the structural behavior of strengthened concrete columns with different shape cross-sections, evaluating the influences in the efficiency of the jacketing and in the ductility of the structural element. Experimental simulations were made in columns with the following cross section shapes: circular, square and rectangular with rounded corners, elliptical and a section composed by semicircles. The results demonstrated that an adequate shape of the cross-section is essential for a good performance of the strengthened columns. The cross sections that presented the best results were the circular, the elliptical and the one composed by semicircles

O presente trabalho aborda as deformações por encurtamento dos pilares durante a fase construtiva. Deformações, estas, devidas à progressão das cargas, devidas à fluência e devidas à retração. Os encurtamentos provocam deslocamentos que são parcialmente corrigidos pelo processo construtivo, seja a obra executada com os pavimentos no nível de projeto ou com o piso-a-piso fixo. Dessa forma, o deslocamento final é inferior àquele obtido por um modelo de passo único que considera todas as ações ocorrendo após a finalização da estrutura. Uma metodologia para a estimativa dos encurtamentos e das correções é proposta e os resultados obtidos a partir dessa metodologia são validados por meio de comparações com modelos computacionais. Além disso, um carregamento fictício de temperatura é proposto para simular as correções construtivas no modelo de passo único. A variação de temperatura mostrou-se simples, precisa e útil nas análises de edificações de múltiplos pavimentos. Por fim, são discutidos os possíveis danos em elementos não-estruturais e maneiras de se mitigar esse problema. / The present study adress the issue of column shortening during the construction. These deformations are due to the progression of loads, due to creep and due to shrinkage. Shortenings cause displacements, that are partially compensated by the construction process, either the construction is performed with the floors executed at the design level, or the construction executed with fixed floor-to-floor dimension. Thus, the final displacement is lower than the displacement obtained by a single-step model, that considers all actions taking place after the structure is finished. A methodology for the estimation of shortenings and corrections is proposed and the results obtained from this methodology are validated through comparisons with computational models. In addition, a fictitious temperature load is proposed to simulate the constructive corrections in the single-step model. The temperature variation proved to be simple, accurate and useful in the analysis of multi-storey buildings. Finally, the possible damages in non-structural elements and ways to mitigate this problem are discussed.

O emprego de pilares mistos formados por tubos de aço preenchidos com concreto de alta resistência, sobretudo em edifícios altos, é uma tendência em diversos países europeus, americanos e asiáticos. A tais elementos são atribuídas vantagens como: alta resistência e ductilidade, economia de materiais e mão-de-obra, redução das dimensões da seção transversal e melhoria no comportamento dos materiais aço e concreto, devido ao efeito de confinamento. Buscando suprir algumas carências de conhecimento, procura-se obter dados experimentais sobre o comportamento de pilares mistos axialmente comprimidos, possibilitando desta forma avaliar parâmetros como influência da forma da seção transversal e da espessura do perfil tubular no seu comportamento. Foram analisadas seções quadradas, circulares e retangulares, preenchidas por concreto com resistência média de 50MPa. A ruína destes elementos caracterizou-se pelo esmagamento do concreto, ocorrendo posteriormente a flambagem local do perfil em diversos pontos. A capacidade resistente prevista por diversas normas resultou em valores muito próximos dos experimentais, embora várias destas normas não considerem o efeito de confinamento. Os ensaios mostraram que o efeito de confinamento contribui de forma decisiva na melhoria do comportamento dos materiais, sobretudo ductilizando o concreto de alta resistência, entretanto seus efeitos não são significativos no aumento da capacidade resistente da seção mista. Alguns critérios para avaliação da ductilidade à compressão foram adaptados e mostraram bons resultados, possibilitando o cálculo do índice de ductilidade. / The use of concrete filled steel tubes especially in tall buildings is a tendency in several european, american and asian countries. The use of these members has several advantages: high resistance and ductility, saving of materials and labour, reduction of cross section dimensions and improvement in behaviour of the materials steel and concrete due the confinement. The main purpose of this study is provide some experimental results of the behaviour of concrete filled steel tubes concentrically loaded. The main experimental parameters considered were the influence of the cross-section shape and thickness of steel tube. Square, circular and rectangular cross-section shapes infilling with concrete of the 50MPa of strength were analyzed. The failure was characterized for crushing of the concrete and later local buckling of the steel section in several points. The strength capacity predicted for several standards showed good agreement with the experimental failure values although this does not consider the confinement of the concrete. The results of tests showed that the confinement effect contributes for improvement behaviour of materials, especially increasing the ductility of the high strength concrete. However the results showed that the triaxial confinement does not increase the axial capacity of the concrete filled steel tubes. Some methods to estimate the ductility of axially compressed concrete columns were adapted and showed good results permitting the calculation of the ductility index of short columns.

O efeito de confinamento do concreto em pilares submetidos à compressão axial traz diversos benefícios ao seu comportamento estrutural, dentre os quais destacam-se o aumento na resistência à compressão axial do concreto pela ação das pressões laterais, e a melhoria da ductilidade do elemento estrutural. Em função destas vantagens, o confinamento é uma das principais técnicas de reforço de pilares de concreto. Porém, dependendo da forma da seção transversal, a eficiência do reforço pode ficar comprometida em função da distribuição da pressão de confinamento. No caso de pilares de seção circular, esta distribuição é uniforme. Já em pilares de seção quadrada e retangular, existe concentração de tensão nos cantos da seção transversal, o que, no caso de reforço por encamisamento com PRFC, pode causar a ruptura prematura da camisa, resultando num reforço ineficiente. Com o intuito de considerar as diferentes configurações da distribuição da pressão de confinamento, utiliza-se um coeficiente de forma, que em seções diferentes da circular (para a qual este coeficiente é igual à unidade), minora o valor da pressão de confinamento, o qual é utilizado na previsão da carga de ruptura do pilar reforçado. Este trabalho tem como objetivo central o estudo de vários tipos de seção transversal com o intuito de avaliar a sua influência na eficiência do reforço e da ductilidade do elemento estrutural. Para tal, foram realizadas simulações experimentais com pilares de seção transversal circular, quadrada e retangular com os cantos arredondados, elíptica e uma seção composta por semicírculos. Os resultados demonstram que uma forma de seção transversal adequada é essencial para um bom desempenho do pilar reforçado, sendo assim, as seções transversais que apresentaram os melhores resultados foram a circular, a elíptica e a composta por semicírculos / The effect of the concrete confinement in columns submitted to the axial compression brings many benefits to its structural behavior, amongst them the increase of the axial compressive strength due to the action of the lateral pressures and the improvement of the ductility. In function of these advantages, the confinement is one of the main techniques for strengthening of concrete columns. However, depending on the shape of the cross section, the efficiency of the reinforcement can be impaired by the non-uniformity of the confinement pressure distribution. In the case of circular cross section columns, this distribution is uniform. Otherwise, in square and rectangular cross section columns, there is a pressure concentration at the cross section corners. In case of CFRP jackets, the pressure concentration leads to a premature rupture of the jacket, resulting in an inefficient reinforcement. Intending to consider the different confinement pressure distributions, a shape coefficient is applied to cross sections with distinguished shape from the circular one (for which this coefficient is equal to the unit), to correct the confinement pressure value. The corrected pressure is applied in theoretical evaluations of the column’s load carrying capacity. The main objective of work is to analyze the structural behavior of strengthened concrete columns with different shape cross-sections, evaluating the influences in the efficiency of the jacketing and in the ductility of the structural element. Experimental simulations were made in columns with the following cross section shapes: circular, square and rectangular with rounded corners, elliptical and a section composed by semicircles. The results demonstrated that an adequate shape of the cross-section is essential for a good performance of the strengthened columns. The cross sections that presented the best results were the circular, the elliptical and the one composed by semicircles

[pt] Trata-se de um estudo experimental do comportamento de pilares de alta resistência submetidos à flexão composta reta e oblíqua. Foram ensaiados oito pilares com seção transversal de 25x15 cm e comprimento de 300 cm, compondo duas séries de 4 pilares cada uma. Na primeira série, a resistência do concreto foi de 40 MPa e os quatro pilares foram ensaiados à flexão composta oblíqua. Na segunda série, a resistência do concreto foi de 70 MPa e os quatro pilares foram ensaiados à flexão composta reta. Em cada série, a variável foi a taxa de armadura longitudinal que assumiu os valores 1,3%, 2,1%, 3,2% e 4,3%. A finalidade foi verificar os valores da excentricidade de segunda ordem que devem ser considerados no dimensionamento de pilares de concreto de alta resistência. Os resultados experimentais foram comparados com os obtidos pelos métodos do Pilar Padrão com Curvatura Aproximada e do Pilar Padrão com Rigidez Aproximada que constam na NBR 6118:2003. Essa comparação mostrou que o método da curvatura aproximada apresenta valores das excentricidades de 2ª ordem próximos dos reais no caso de pilares submetidos à flexão composta reta e oblíqua, enquanto que o método da rigidez aproximada é contra a segurança só na maioria dos ensaios de pilares submetidos à flexão composta reta. / [en] This work presents an experimental study of the behavior of slender high strength concrete columns under uniaxial and biaxial eccentric compression loads. Eight columns with cross-section of 15x25 cm and height of 300 cm were tested, divided into two series. In the first series, the concrete strength was 40 MPa and the four columns were tested under biaxial compression. In the second series, the concrete strength was 70 MPa and the four columns were tested under uniaxial compression. In each series, the variable was the longitudinal reinforcement ratio which assumed the values 1,3%, 2,1%, 3,2% e 4,3%. The objective was to verify the values of the eccentricity of second order that should be taken into account in the design of slender high strength concrete columns. The experimental results were compared with theoretical results obtained by the models of the approximated curvature and approximated stiffnes methods prescribed in the NBR 6118:2003 code. This comparison showed that the method of curvature approximate present values of the eccentricities of second order close to the real in the case of columns under uniaxial and biaxial eccentric compression loads, while the method of stiffness approximate is lower security in columns under uniaxial eccentric compression load.

Segundo a legislação brasileira, as estruturas de concreto armado devem ser verificadas em situação de incêndio, de modo a assegurar a capacidade portante para permitir a fuga dos usuários e o combate ao fogo com segurança e minimizar a propagação do incêndio para outros compartimentos. Para estruturas de concreto armado, especial atenção deve ser dada aos pilares. A redução da capacidade portante desses elementos é significativa em situação de incêndio e seu colapso pode resultar na instabilidade global da estrutura em certos casos. O cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado, em fase de projeto, é feito normalmente usando métodos simplificados dados pelas normas técnicas. Esses métodos possuem campos de validade limitados e podem apresentar resultados excessivamente seguros (antieconômicos) e em alguns casos contra a segurança. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional para o cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado em situação de incêndio, dados os campos de temperaturas simétricos na seção transversal em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão. O cálculo do pilar foi baseado no método da estimativa da curvatura dado pelo Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). A seção transversal foi discretizada em elementos (concreto e aço), na qual as deformações térmicas e as propriedades termomecânicas de cada elemento foram calculadas de acordo com sua temperatura. O método da estimativa da curvatura permite ainda considerar os efeitos da não linearidade geométrica, que geralmente se tornam importantes devido à redução da rigidez do pilar sob temperaturas elevadas. Foram modelados pilares sob flexão normal composta considerando a seção transversal aquecida de forma simétrica. Os resultados do programa foram comparados a resultados de ensaios de laboratórios internacionais, com o objetivo de validar as hipóteses de cálculo adotadas. / According to Brazilian Codes, reinforced concrete structures must be verified under high temperatures, in order to assure the load bearing capacity to allow the safe evacuation of the users and the fire fighting and to reduce the fire spread to other compartments. For reinforced concrete structures, the columns must be analyzed carefully. The significant reduction in the load bearing capacity of reinforced concrete columns in fire can lead to collapse, which could result in global instability of the structure in some cases. The calculation of the fire resistance time of reinforced concrete columns, in the design phase, is usually done by means of simplified methods given by the standards. These methods are very limited and can result in excessively safe solutions (uneconomical) or unsafe solutions in some cases. A computational tool was developed for calculating the fire resistance time of reinforced concrete columns in fire, given symmetrical temperature fields in cross section as a function of exposure time to standard fire. The calculation method was developed using the method based on estimation of curvature given by Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). The cross section was divided into elements (concrete and steel), in which the thermal strain and thermomechanical properties of each element were calculated according to its temperature. The mechanical behavior of the column under uniaxial bending considered the geometrically nonlinear effects of the structure, which generally become important due to reduced stiffness of the column at elevated temperatures. The results of the numerical analysis and experimental results of full-scale laboratory fire tests on concrete columns performed by international researchers were compared in order to validate the main hypothesis adopted.