Experimental and numerical study of partially encased composite columns with recycled aggregate concrete and steel fiber

Autor: Bruno Bianchi Marques
Přispěvatelé: Ana Lucia Homce de Cresce El Debs, Hidelbrando José Farkat Diógenes, Gustavo Henrique Siqueira
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: A procura por soluções sustentáveis que permitam a redução do consumo de recursos naturais e de resíduos gerados pela construção civil se tornou uma preocupação crescente, tendo sido impulsionada pelo princípio da responsabilidade compartilhada introduzido pela Política Nacional dos Resíduos Sólidos. Neste contexto, a reciclagem de resíduos de concreto para a produção de agregados tem se mostrado uma alternativa interessante para a redução do impacto ambiental na construção. Este estudo traz como principais objetivos a investigação do comportamento estrutural de pilares mistos parcialmente revestidos com substituição dos agregados graúdos naturais por agregados reciclados de concreto e a viabilidade da substituição das barras de aço convencionais por concreto reforçado com fibras de aço. Após um estudo preliminar, em que foram investigados os impactos nas propriedades mecânicas e na trabalhabilidade perante a substituição de 30%, 50% e 100% do agregado graúdo natural por agregados de reciclados de concreto para concretos sem fibras e com 1,6% de fibras de aço com ganchos nas extremidades, foi determinado que o teor de 30% era o mais apropriado para ser empregado na segunda etapa do programa experimental. No tocante às peças estruturais, seis pilares foram ensaiados à compressão centrada e excêntrica com a finalidade de comparar o comportamento dos exemplares com concreto convencional, com concreto com agregados reciclados de concreto e com concreto com agregados reciclados de concreto reforçado com fibras de aço. Complementarmente, um modelo numérico foi desenvolvido no software ABAQUS® e, por meio de uma calibração, ampliaram-se os resultados dessa pesquisa com uma análise paramétrica. A adição do agregado reciclado ao concreto provocou queda nas suas propriedades mecânicas e a adição de fibras de aço causou diminuição na resistência à compressão, embora para as fibras tenha sido observado ganho significativo de tenacidade no compósito. Os resultados obtidos no programa experimental indicaram que o emprego do concreto com agregados reciclados de concreto não causou prejuízo na resposta estrutural do pilar misto mesmo com as penalizações nas propriedades mecânicas do concreto. A substituição da armadura convencional por concreto reforçado com fibras de aço também se mostrou interessante, já que não modificou o comportamento global do elemento ou afetou significativamente sua capacidade resistente, tendo ocorrido falha por esmagamento do concreto e plastificação do perfil de aço em todos os casos. Por fim, os resultados do programa experimental, tanto a substituição do agregado natural pelo reciclado de concreto em baixos teores quanto o emprego das fibras de aço no lugar de armaduras convencionais de barras se mostraram viáveis, resultando em perdas reduzidas na capacidade do elemento estrutural estudado. The lack of solutions to reduce the environmental impact caused by the waste generated in the construction industry has become a growing concern, which has also been put on evidence by the principle of shared responsibility introduced by the National Policy of Solid Waste. In this context, recycling waste concrete has shown to be a promising alternative to reducing the construction industry\'s environmental impact. Thus, this study aimed to investigate the structural behavior of partially encased composite columns with recycled aggregate concrete and steel fiber reinforced concrete. After a preliminary analysis of the impact on the mechanical properties and flowability when 30%, 50%, and 100% of natural aggregate is replaced with recycled concrete aggregate for concretes without and with 1,6% of hooked-end steel fibers, the ratio of 30% was determined to be the fit for the second experimental analysis stage. Then, six columns were loaded axially and eccentrically, aiming to compare the behavior of the specimens with natural aggregate concrete, recycled aggregate concrete, and steel fiber recycled aggregate concrete. A numerical model developed using ABAQUS® allowed, through calibration with experimental results, to extrapolate the obtained results by performing a parametric analysis. The replacement of natural for recycled coarse concrete aggregate led to a reduction of the concrete\'s mechanical properties, and the addition of steel fiber lowered its compressive strength, even though the latter significantly enhanced the composite\'s toughness. The experimental results showed that the recycled concrete aggregate didn\'t negatively impact the composite column\'s structural behavior, even with reduced concrete\'s mechanical properties. Also, replacing the conventional reinforcement with steel fiber reinforced concrete has shown viability since it did not change the column\'s global behavior or even their maximum capacity, presenting concrete\'s crushing and steel yielding as a failure mechanism. Therefore, considering the experimental results, replacing the natural aggregate with recycled concrete aggregate in lower ratios and the conventional reinforcement with steel fiber reinforced concrete seems as feasible alternatives, resulting in satisfying structural behavior.
Databáze: OpenAIRE
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