Behaviour of concrete-filled double-skin stub columns with recycled aggregate concrete subjected to concentric and eccentric load

Abstract

Colunas tubulares tipo double-skin preenchidas com concreto (CFDST) são um tipo relativamente novo de elemento estrutural e seu uso vem se tornando cada vez mais popular. Uma de suas vantagens é tornar a construção mais leve e menos cara devido à menor quantidade de material e utilização de formas. Hoje em dia, o emprego de aço inoxidável e concreto reciclável de agregado graúdo (RAC) em elementos mistos é extremamente tópico devido à obtenção do agregado reciclável ser mais barata e às questões de sustentabilidade, uma vez que ambos os materiais são totalmente recicláveis. Esta tese apresenta um estudo experimental e numérico sobre o comportamento de colunas curtas tipo double-skin (CFDST). Os experimentos foram submetidos a carga axial concêntrica e os numéricos foram submetidos a carga axial concêntrica, excêntrica e flexão pura. Quatro ensaios de compressão axial foram realizados em colunas curtas tipo double-skin preenchidas com concreto reciclável e posteriormente comparadas com colunas CFDST preenchidas com concreto convencional, encontrados na literatura. As colunas tinham seções transversais tubulares circulares e cada uma compreendia um tubo externo de aço inoxidável austenítico e um tubo interno de aço carbono com dimensões variáveis. A substituição de 50% do agregado graúdo natural (NCA) por agregado graúdo reciclado (RCA) foi adotada nos testes de RAC. Durante os ensaios foi observado que o comportamento estrutural das colunas com concreto convencional e concreto reciclado era semelhante e os modos de ruptura se mostraram idênticos. Um modelo de elementos finitos foi desenvolvido no ABAQUS e validado em relação aos experimentos e dados da literatura para investigar melhor o comportamento de colunas CFDST. O modelo de elementos finitos foi empregado em um estudo paramétrico para avaliar a influência de diferentes geometrias, resistência à compressão do concreto (fc), concreto reciclável de agregado graúdo e aplicação de carga excêntrica no comportamento de colunas CFDST. O diagrama de interação N-M é desenvolvido para comparar com os procedimentos de projeto disponíveis para colunas curtas CFDST e vigas-colunas. Finalmente, um estudo de confiabilidade foi conduzido para avaliar as equações propostas de diagrama de interação N-M. No geral, os resultados demonstraram que as colunas curtas CFDST com concreto reciclável de agregado graúdo atingem uma capacidade de carga final muito semelhante a membros com concreto convencional, no entanto, as expressões atuais de projeto existentes na literatura fornecem alguns resultados inseguros. O fator de confinamento desenvolvido para o concreto, a equação de capacidade de carga axial, a equação de flexão pura e o diagrama de interação N-M propostos demonstram estar em boa concordância com os experimentos e resultados de FE avaliados.