Sistemas Administrativos
Escola de Engenharia de São Carlos
SET Estudo paramétrico dos efeitos de segunda ordem em...
Documento Mestrado
Área Estruturas de Concreto e Alvenaria
Data da defesa 24/03/2023
Autor GUERRA, Nicolle Lorrayne Domingos
Orientador CARRAZEDO, Ricardo
Português
Título Estudo paramétrico dos efeitos de segunda ordem em pilares de concreto armado de seção transversal retangular
Resumo
Para assegurar que não ocorra perda de estabilidade ou esgotamento da capacidade resistente dos pilares, a ABNT NBR 6118:2023 recomenda o cálculo dos efeitos de segunda ordem por métodos simplificados e refinados, utilizando o índice de esbeltez como critério de dispensa dessa análise e para determinar qual procedimento deve ser utilizado. No entanto, pilares com o mesmo índice de esbeltez podem apresentar comportamentos distintos a depender de outros parâmetros, como a excentricidade da força aplicada, a taxa de amadura longitudinal, a geometria do pilar e as propriedades do concreto. A flecha também se torna sensível à variação da força aplicada, principalmente com o pilar próximo ao estado limite último (ELU) de instabilidade, sendo este efeito mais significativo em pilares com concreto de alta resistência que, em geral, são mais esbeltos e recebem maior força axial. Assim, o objetivo deste trabalho é desenvolver o estudo paramétrico dos efeitos de segunda ordem dos pilares para avaliar a contribuição de diferentes parâmetros para a instabilidade, permitindo analisar as recomendações da ABNT NBR 6118:2023. Os parâmetros utilizados para o pilar de seção 200 mm x 200 mm, biapoiado e de momento de primeira ordem constante ao longo do comprimento, foram a resistência do concreto (C40 e C80), o índice de esbeltez (? = 35, 60, 90, 115, 140 e 200), a excentricidade relativa ao comprimento efetivo do pilar (e_1/l_e = 0,001, 0,004, 0,016 e 0,048), a armadura longitudinal (? = 0,4%, 1,0%, 2,0% e 4,0%) e o efeito da fluência (? = 0 e 2), além do uso do diagrama tensão-deformação do concreto disponível na ABNT NBR 6118:2014, no EUROCODE 2 (2004), na ABNT NBR 6118:2023 e em MOCCIA et al. (2020). O estado limite último dos pilares foi determinado como de esgotamento do material ou de instabilidade por meio do método da envoltória resistente, o qual utiliza o diagrama M-N resistente e o diagrama M-N solicitante (não linearidade por meio do programa de elementos finitos Abaqus®) dos pilares. A força última e o momento último permitiram avaliar a influência dos parâmetros para a relevância dos efeitos de segunda ordem (e_2/e_1), além de serem referência para verificar a precisão dos métodos simplificados presentes na ABNT NBR 6118:2023 para o cálculo da flecha. Os resultados indicam que pilares com maiores índices de esbeltez e com força aplicada em menores excentricidades apresentaram maior suscetibilidade ao ELU de instabilidade e aos efeitos de segunda ordem, sobretudo em pilares com concreto de alta resistência e com a consideração da fluência. Com base nisso, o parâmetro N/N_cr, razão entre a força axial e a força crítica, se mostrou mais representativo que o índice de esbeltez para a avaliação da relevância dos efeitos de segunda ordem. Dentre os métodos aproximados, o pilar padrão com rigidez aproximada representou melhor as tendências de deflexão dos pilares.
Palavras-chave Efeitos de segunda ordem; estado limite último; instabilidade; concreto de alta resistência; Abaqus.

English
Title Parametric study of the second order effects in reinforced concrete columns of rectangular section
Abstract
To ensure that stability failure or material failure is not reached on columns, ABNT NBR 6118:2014 recommends the calculation of the second order effects by simplified and refined methods and uses slenderness as a criterion to dispense this analysis and to determine which procedure should be used. However, columns with the same slenderness ratio may exhibit different behaviors depending on other parameters, such as the eccentricity of the applied force, the longitudinal reinforcement rate, the column geometry, and the concrete properties. Deflection also becomes sensitive to the variation of the applied force, especially with the column close to the ultimate limit state (ULS) of instability, with this effect being more significant in columns with high-strength concrete, which are generally more slender and receive higher axial force. Thus, the aim of this study is to develop a parametric study of the second order effects of the column to evaluate the contribution of different parameters to the instability, allowing the analysis of the ABNT NBR 6118:2014 recommendations. The parameters used for the 200 mm x 200 mm pinned ends reinforced concrete columns were the strength (C40 e C80), the slenderness index (? = 35, 60, 90, 115, 140 e 200), the eccentricity relative to the effective length of the column (e_1/l_e = 0,001, 0,004, 0,016 e 0,048), the longitudinal reinforcement (? = 0,4%, 1,0%, 2,0% e 4,0%) and the creep (? = 0 e 2). The stress-strain diagram available in ABNT NBR 6118:2014, EUROCODE 2 (2004), ABNT NBR 6118:2023, and MOCCIA et al. (2020) were employed. The ultimate limit state of the columns was determined as material failure or instability using the method of the interaction diagrams, which uses the resistant M-N diagram and the applied M-N diagram (non-linearity by using Abaqus® software) of the columns. The ultimate force and moment allowed evaluating the influence of the parameters on the relevance of the second-order effects (e_2/e_1), in addition to serving as a reference to verify the accuracy of the simplified methods present in ABNT NBR 6118:2023 for calculating deflection. The results indicate that columns with higher slenderness ratios and with force applied at lower eccentricities showed greater susceptibility to the ULU of instability and second-order effects, especially in columns with high-strength concrete and with the consideration of creep. Based on this, the N/N_cr parameter, ratio of axial force to critical force, proved to be more representative than the slenderness index to evaluate the relevance of second-order effects. Among the approximate methods, the one with approximate stiffness best represented the deflection tendency of the columns.
Keywords Second order effects; ultimate limit state; instability; high-strength concrete; Abaqus.