Comportamento estrutural de pilares de aço preenchidos com concreto de agregado reciclado cerâmico submetidos à compressão axial

dc.contributor.advisor-co1Ferreira, Felipe Piana Vendramell
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5933034803347448
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8007-789X
dc.contributor.advisor1Martins, Carlos Humberto
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1665294496138141
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-7342-5665
dc.contributor.authorPrates, Lucas Mognon Santiago
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7177250247199481
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0003-0955-1378
dc.contributor.refereeLima, Luciano Rodrigues Ornelas de
dc.contributor.refereeNicoletti, Renato Silva
dc.contributor.refereeBolandim, Emerson Alexandro
dc.contributor.refereeDiógenes, Hidelbrando Jose Farkat
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2151919861612154
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3109388079611718
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9169305081866640
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6693686167483212
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-7332-3818
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-3021-0944
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-6220-7646
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-2480-7688
dc.date.accessioned2026-06-18T19:12:33Z
dc.date.issued2026-04-23
dc.description.abstractConcrete-filled steel tubular columns are an efficient structural solution for compression members, since the interaction between the steel tube and the concrete core contributes to increased strength, stiffness, and ductility. At the same time, the growing demand for more sustainable solutions in the construction sector has encouraged the use of industrial waste as a replacement for natural aggregates. In this context, the feasibility of using recycled ceramic sanitary ware aggregate as a replacement for natural sand in self-compacting concrete for steel composite columns subjected to axial compression is assessed, considering its effects on material properties, structural behavior, and strength prediction by numerical and design code models. For this purpose, the constituent materials were characterized, and two self-compacting concrete mixes were analyzed, with natural fine aggregate replacement levels ranging from 0 to 100% in the first mix and from 0 to 50% in the second, in 25% increments. Subsequently, 24 experimental axial compression tests were carried out on circular concrete-filled steel tubular columns, comprising 16 short columns and 8 columns of intermediate slenderness. In addition, a finite element numerical model was developed in ABAQUS, validated against the experimental results, and used in a parametric study with 1,442 models, varying geometric and mechanical parameters as well as the recycled aggregate replacement level. The results indicate that the incorporation of recycled aggregate reduces the workability of the mixtures, without preventing the production of self-compacting concretes with satisfactory performance. It was found that increasing the replacement level does not necessarily lead to strength loss, with strength gains observed at certain replacement levels, depending on the mix composition. In the composite columns, the structural behavior was consistent with steel-concrete composite action, with efficient filling of the tube and mobilization of confinement in the short columns, whereas, in the slender members, the response was predominantly governed by global instability. Among the replacement levels evaluated, the 25% replacement level showed the most balanced performance for structural application, as it maintained a more stable response under different conditions. The numerical modeling satisfactorily reproduced the experimental response, and the parametric study confirmed global slenderness as the variable with the greatest influence on member efficiency. It is concluded that the use of recycled sanitary ware ceramic aggregate in self-compacting concrete for filling circular concrete-filled steel tubular columns is technically feasible and structurally promising, combining satisfactory mechanical performance, reuse of industrial waste, and potential application in structural concretes.eng
dc.description.resumoPilares mistos preenchidos de concreto constituem uma solução estrutural eficiente para elementos comprimidos, uma vez que a interação entre o tubo de aço e o núcleo de concreto favorece o aumento da resistência, da rigidez e da ductilidade. Ao mesmo tempo, a crescente demanda por soluções mais sustentáveis na construção civil tem estimulado o aproveitamento de resíduos industriais como substituição de agregados naturais. Nesse contexto, avalia-se a viabilidade do uso de agregado reciclado cerâmico de louça sanitária como substituição da areia natural em concreto autoadensável para preenchimento de pilares mistos circulares de aço submetidos à compressão axial, considerando seus efeitos nas propriedades do material, no comportamento estrutural e na previsão da resistência por modelos numéricos e normativos. Para isso, caracterizaram-se os materiais constituintes e analisaram-se dois traços de concreto autoadensável, com teores de substituição do agregado miúdo natural de 0 a 100% no primeiro traço e de 0 a 50% no segundo, em incrementos de 25%. Em seguida, foram realizados 24 ensaios experimentais de compressão axial em pilares mistos circulares, sendo 16 pilares curtos e 8 pilares de esbeltez intermediária. Complementarmente, desenvolveu-se um modelo numérico em elementos finitos no ABAQUS, validado com os resultados experimentais e empregado em um estudo paramétrico com 1.442 modelos, variando-se parâmetros geométricos, mecânicos e o teor de substituição do agregado reciclado. Os resultados indicam que a incorporação do agregado reciclado reduz a trabalhabilidade das misturas, sem impedir a obtenção de concretos autoadensáveis com desempenho satisfatório. Verificou-se que o aumento da taxa de substituição não implica, necessariamente, perda de resistência, sendo observados ganhos em determinados teores, a depender da composição do traço. Nos pilares mistos, o comportamento estrutural mostrou-se compatível com a ação mista aço-concreto, com preenchimento eficiente do tubo e mobilização do confinamento nos pilares curtos, enquanto, nos elementos mais esbeltos, a resposta foi predominantemente governada pela instabilidade global. Entre as taxas avaliadas, a substituição de 25% apresentou o desempenho mais equilibrado para aplicação estrutural, por manter resposta mais estável sob diferentes condições. A modelagem numérica reproduziu satisfatoriamente a resposta experimental, e o estudo paramétrico confirmou a esbeltez global como a variável de maior influência sobre a eficiência do elemento. Conclui-se que o uso de agregado reciclado cerâmico de louça sanitária em concreto autoadensável para preenchimento de pilares mistos circulares de aço é tecnicamente viável e estruturalmente promissor, associando desempenho mecânico satisfatório, aproveitamento de resíduo industrial e potencial de aplicação em concretos estruturais.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.799616/2022-00
dc.identifier.citationPRATES, Lucas Mognon Santiago. Comportamento estrutural de pilares de aço preenchidos com concreto de agregado reciclado cerâmico submetidos à compressão axial. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24254.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24254
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectPilares mistos preenchidos de concretopor
dc.subjectAgregado reciclado cerâmico de louça sanitáriapor
dc.subjectConcreto autoadensávelpor
dc.subjectCompressão axialpor
dc.subjectModelagem numéricapor
dc.subjectConcrete-filled steel tubular columnseng
dc.subjectRecycled ceramic sanitary ware aggregateeng
dc.subjectSelf-compacting concreteeng
dc.subjectAxial compressioneng
dc.subjectNumerical modelingeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.ods11. Cidades e Comunidades Sustentáveis
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.subject.ods13. Ação contra a Mudança Global do Clima
dc.titleComportamento estrutural de pilares de aço preenchidos com concreto de agregado reciclado cerâmico submetidos à compressão axialpor
dc.title.alternativeStructural behavior of recycled ceramic aggregate concrete-filled steel tubular columns subjected to axial compressioneng
dc.typeTese

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