alexandre luis sudano

263 Pages·2010·14.91 MB·Portuguese

ALEXANDRE LUIS SUDANO

“DESENVOLVIMENTO DE ESTRATÉGIAS HÍBRIDAS DE
REFORÇO DE PILARES DE CONCRETO ARMADO POR
ENCAMISAMENTO COM COMPÓSITOS DE ALTO
DESEMPENHO”

Tese apresentada à Escola de Engenharia de
São Carlos, da Universidade de São Paulo,
como parte integrante dos requisitos para
obtenção do Título de Doutor em Engenharia
de Estruturas

Orientador: Professor Titular João Bento de Hanai

São Carlos
2010

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO,
POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E
PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento
da Informação do Serviço de Biblioteca – EESC/USP

Sudano, Alexandre Luis
S943d Desenvolvimento de estratégias híbridas de reforço de pilares de concreto
armado por encamisamento com compósitos de alto desempenho / Alexandre Luis Sudano ;
orientador João Bento de Hanai. –- São Carlos, 2010.

Tese (Doutorado-Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas e
Área de Concentração em Estruturas de Concreto e Alvenaria) –- Escola de Engenharia de São

Carlos da Universidade de São Paulo, 2010.

1. Concreto armado. 2. Reforço de pilares.
3. Confinamento de pilares. 4. Concreto de alta resistência. 5. Concreto com fibra de aço. 6.
Compósito polimérico. I. Título.

À minha amada esposa Sabrina por todo amor e incentivo,
aos meus pais, irmãos e demais familiares por todo carinho
e companherismo ao longo de todos esses anos.
AGRADECIMENTOS

Agradeço inicialmente a pessoa que mais me incentivou, compreendeu, apoiou e
que principalmente me amou e continua amando!! Sabrina, minha amada esposa,
agradeço por ter me concedido a honra de fazer parte da sua vida e de construirmos uma
nova vida juntos!! Te amo!!
Aos meus pais, Gilberto e Maria, meus irmãos, Alessandra, Mateus e Marcos,
meu cunhado Eduardo, minha cunhada Andréia, e especialmente às minhas queridas
afilhadas, Maiara, Mirela e Sophia, por todos os momentos de alegria, incentivo e
companherismo.
Ao meu Amigo, Orientador e Professor Titular João Bento de Hanai, por ter me
ensinado a dar os primeiros passos para ser um pesquisador, ter desperdado em mim o
gosto pela análise experimental e por todo incentivo e conselhos nas escolhas
profissionais. Esta Tese é o resultado de um trabalho que teve início há exatos dez anos
atrás quando procurei o Professor Hanai para pedir uma bolsa de iniciação científica.
Pouco tempo depois entrou em contato comigo me oferecendo tal bolsa, e desde então
trabalhamos juntos. Foram dois anos de Iniciação Científica, quase três de Mestrado e
mais cinco de Doutorado. Todo este tempo sempre disponível e disposto a me ensinar a
pesquisar. Nunca me respondeu diretamente uma questão, sempre me conduzia com
suas inúmeras perguntas, que por vezes pensava ser irrelevantes, mas que ao final da
conversa me possibilitavam responder a minha própria questão. Foram dez anos de
intenso aprendizado e satisfação em trabalhar com o senhor. Muito obrigado pela sua
preciosa orientação e incentivo.
A todos os professores do Departamento de Engenharia de Estruturas, pela
valiosa contribuição na minha formação acadêmica e científica, em especial aos
Professores Samuel Giongo e Toshiaki Takeya.
A todos os funcionários do Departamento de Engenharia de Estruturas, em
especial aos amigos do Laboratório de Estruturas, pela dedicação e qualidade dos
serviços prestados e pelos churrasquinhos e cervejinhas em alguns fins de tarde!
À Universidade de São Paulo por colocar a minha disposição toda a sua
estrutura.
A Maccaferri do Brasil pelo fornecimento de fibras de aço especialmente
fabricadas para esta pesquisa. Ao Engenheiro Edson Elias Matar da Escale Engenharia,
pela intermediação na aquisição de fibra de carbono e resina epóxi junto aos fabricantes.
À FAPESP (Fundação de Ampara à Pesquisa do Estado de São Paulo) pela
concessão da bolsa de estudos e recursos em forma de reserva técnica, sem os quais não
seria possível a execução desta pesquisa.

A todos meu muito obrigado!
I
DESENVOLVIMENTO DE ESTRATÉGIAS HÍBRIDAS DE REFORÇO DE
PILARES DE CONCRETO ARMADO POR ENCAMISAMENTO COM
COMPÓSITOS DE ALTO DESEMPENHO

RESUMO

Tradicionalmente no reforço de pilares de concreto armado são empregados
materiais já consagrados, como as chapas de aço, o próprio concreto armado, e, mais
recentemente, o polímero reforçado com fibras (PRF). Porém existem ainda alguns
problemas associados a estes materiais ou, mais especificamente, às técnicas utilizadas
para promover o reforço, destacando-se a dificuldade de execução, comportamento
frágil e perda de área útil em função do aumento da seção transversal do pilar original.
Por outro lado, o desenvolvimento da tecnologia dos materias e a constante
inovação tecnológica tem como resultado a oferta de uma grande variedade de materiais
com características orientadas à solução de um determinado problema. Cita-se como
exemplo o concreto reforçado com fibras de aço, inicialmente desenvolvido para
aplicação em elementos submetidos à flexão, mas que apresenta atributos, que se bem
explorados, são desejáveis para aplicação no reforço de pilares.
Busca-se neste trabalho desenvolver estratégias e técnicas de reforço que
busquem potencializar o aproveitamento de todos os atributos oferecidos pelos materiais
comumente empregados e desenvolver um concreto reforçado com fibras de aço com
diferentes comprimentos que possibilite sua aplicação no reforço de pilares.
Os resultados da análise experimental demonstram que a escolha do material, da
estratégia e técnica de reforço são fatores decisivos para aliar o melhor aproveitamento
dos materiais empregados e o atendimento às exigências de projeto. Conclui-se ainda
que a associação de fibras de aço de diferentes comprimentos possibilita a utilização do
concreto reforçado com fibras no reforço de pilares de concreto, tendo como grande
virtude a facilidade de execução, se comparado com o concreto armado.

Palavras-chave: reforço de pilares; pilares de concreto armado; confinamento;
concreto de alta resistência; concreto com fibras de aço; compósito polimérico.
II
HYBRID STRATEGIES DEVELOPMENT FOR STRENGHTENING
CONCRETE COLUMNS JACKETED WITH HIGH PERFORMANCE
COMPOSITE

ABSTRACT

Tradicionally the strengthening of reinforced concrete columns uses materials well
known, such as steel plates, the reinforced concrete, and, more recently, fiber reinforced
polymer (FRP). But there are still some problems associated with these materials, or
more specifically, with the used techniques, specially the difficulty of implementation,
brittle behavior and loss free space due to the increase of the original cross section of the
column.
On the other hand, the materials technology development and the constant
innovation has resulted in the provision of a wide variety of materials with specifics
caracteristics to solving a particular problem. For example, steel fiber reinforced
concrete, originally developed for use in elements subject to bending, but it has some
attributes, which if are well explored, are desirable for use in strengthening columns.
This work presents the development of strategies and techniques that optimize the
o use all the attributes offered by the commonly used materials, and develop a different
lengths steel fiber reinforced concrete to enable its application on columns
strengthening.
The results of experimental analysis show that the choice of material, strategy and
technique of strengtheningt is a key factor to combine the best use of the materials used
and the design requirements. It is also concluded that the combination of steel fibers of
different lengths allows the use of steel fibers reinforced concrete on the strengthening
of concrete columns, with the great virtue of the ease of implementation, compared to
the reinforced concrete.

Keywords: Strengthening concrete columns, reinforced concrete columns, confinement,
high-strength concrete, steel fiber reinforced concrete, polymeric composites.
III
SUMÁRIO

RESUMO___________________________________________________________I
ABSTRACT ________________________________________________________II
SUMÁRIO_________________________________________________________III

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO________________________________________5
1.1 OBJETIVOS_____________________________________________________5
1.2 JUSTIFICATIVA __________________________________________5
1.3 METODOLOGIA APLICADA______________________________________6
1.3.1 Revisão Bibliográfica ____________________________________________6
1.3.2 Simulação Experimental__________________________________________6
1.3.3 Análise dos Resultados___________________________________________7

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA____________________________8

2.1 CONFINAMENTO DE PILARES DE CONCRETO______________________8
2.1.1 Modelos de confinamento com armadura transversal de aço________12
2.1.2 Modelos de confinamento com PRF ________________________________17
2.1.3 Formas não convencionais de confinamento__________________________20
2.1.4 Reforço com camisa de PRF pré-tracionada __________________________28
2.1.5 Comportamento do PRF em situações de incêndio_____________________39
2.2 CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS __________________________41
2.2.1 Tipos de fibras utilizadas no concreto _______________________________43
2.2.2 Concreto reforçado com fibras de aço__________________________45
2.2.2.1 Aplicações do concreto reforçado com fibras de aço ______________48
2.2.3 Associação de diferentes tipos de fibras________________________50
2.2.4 Pilares de concreto reforçados com fibras de aço______________________52
2.2.5 Distribuição e orientação das fibras na matriz de concreto__________60
2.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE A REVISÃO BIBLIOGRÁFICA_____66

CAPÍTULO 3 - INVESTIGAÇÃO DE VIABILIDADE DAS HIPÓTESES___75

3.1. PREPARAÇÃO DOS MODELOS __________________________________75
3.2. ENSAIOS E RESULTADOS_______________________________________82
3.2.1. Caracterização dos compósitos poliméricos__________________________83