Reforço de pilares de concreto armado de seção transversal retangular mobilizando efeitos de confinamento

Abstract

Os Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) são materiais compósitos constituídos por fibras unidas por uma matriz polimérica. São leves, não corrosivos, possuem alta resistência à tração e são de simples execução. O PRF em forma de tecido é utilizado para envolver o pilar de concreto armado promovendo a restrição das deformações laterais pelo efeito de membrana. Nos pilares com seção transversal circular, esse efeito de membrana é desenvolvido ao longo de todo o seu perímetro. Já para seções quadradas ou retangulares, esse efeito de membrana se desenvolve apenas nos cantos arredondados, reduzindo, assim, a eficiência do confinamento. Por conta dessa limitação, esta pesquisa propõe a utilização de um mecanismo auxiliar constituído por tirantes transversais de aço ancorados por perfis longitudinais, que juntamente com o PRF vão promover o confinamento nos maiores lados de seções de pilares retangulares. Foram realizados ensaios experimentais de dez pilares de concreto, cujos resultados confirmaram o maior incremento de força e ductilidade nos pilares devido à presença dos tirantes, verificando também que os perfis longitudinais contribuem diretamente com a força axial no pilar. Por meio da análise numérica em elementos finitos foi possível observar o acréscimo de regiões de concreto efetivamente confinado devido à presença dos tirantes. Com a análise paramétrica realizada foram identificados os parâmetros e como eles influenciam no comportamento dos pilares reforçados com a técnica: a relação entre os lados da seção transversal, a taxa de PRF; a taxa de tirantes de aço e a rigidez do perfil de ancoragem. Por fim, foi desenvolvido um modelo analítico que possibilita calcular a parcela de força resistida pelo concreto confinado e pelos perfis de ancoragem de modo independente, indicando boas correlações com os resultados experimentais e numéricos.

Fiber Reinforced Polymers (FRP) are composite materials consisting of fibers bonded by a polymer matrix. They are lightweight, non-corrosive, have high tensile strength and simple to apply. The FRP jacket is used to wrap the concrete column and restrict the lateral expansion by the membrane effect. In columns with circular cross section, the membrane effect is developed along its entire perimeter. However, in square or rectangular sections this effect is only developed at the rounded corners, resulting in a decrease of the confinement efficiency. Due this limitation, this research proposes the use of an auxiliary mechanism made up of transverse steel ties anchored by longitudinal bars, which together with the FRP, promote confinement on the biggest sides of rectangular sections of columns. Experimental tests were carried out on ten concrete columns, whose results confirmed the greatest force increase and ductility due to the presence of the steel ties and that the anchor bars contribute directly with the axial force. Through the numerical analysis in finite elements methods it was possible to observe the effective confined concrete regions due to the presence of the ties. With the parametric analysis performed some parameters were identified and how they influence in behavior of columns reinforced with this technique: the relationship between the sides of the cross section; the PRF rate; the steel ties rate and the stiffness of the anchor bar. Finally, an analytical model was developed allowing calculate the force resisted by the confined concrete and the anchor bars forces independently, indicating good correlations with the experimental and numerical results.