Publicação: Comportamento da ancoragem de barras de aço CA70 com cabeça achatada em concreto: estudo experimental com monitoramento por fibra óptica
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Krahl, Pablo Augusto
Resumo
A utilização de aços de alta resistência em estruturas de concreto armado possibilita maior aproveitamento da capacidade resistente das armaduras, porém impõe maiores exigências às regiões de ancoragem responsáveis pela transferência de esforços entre o aço e o concreto. Nesse contexto, esta pesquisa teve como objetivo avaliar experimentalmente o comportamento de ancoragem de barras nervuradas de aço CA70, com tensão nominal de escoamento de 700 MPa, providas de cabeça achatada obtida pela conformação da extremidade da própria barra, bem como investigar a transferência de esforços para o concreto por meio de sensores de rede de Bragg em fibra óptica (FBG). O programa experimental compreendeu 12 ensaios de arrancamento em blocos de concreto, utilizando barras com diâmetros nominais de 10,0 e 12,5 mm. Para cada diâmetro foram ensaiadas seis barras com cabeça achatada, com comprimento aderente correspondente a cinco vezes o diâmetro da barra. Foram analisadas as relações força-deslizamento, a capacidade de ancoragem e os modos de ruptura. Nos blocos com barras de 12,5 mm, sensores FBG foram embutidos no concreto e distribuídos ao redor da barra para monitorar as deformações internas durante o carregamento. Em todos os corpos de prova, as barras ultrapassaram o limite de escoamento e a ruptura final ocorreu no aço, sem ocorrência de ruptura dos blocos de concreto, demonstrando que o sistema de ancoragem foi capaz de manter a transferência de esforços durante o regime plástico da armadura. Nesse comportamento, destaca-se também a contribuição da armadura de confinamento dos blocos, que atuou na contenção do fendilhamento do concreto e favoreceu o desenvolvimento de elevados níveis de força antes da ruptura das barras. Em comparação com barras retas sem cabeça previamente ensaiadas pelo grupo, foram observados aumentos da capacidade global de ancoragem de aproximadamente 25% para as barras de 10,0 mm e 29% para as barras de 12,5 mm. Entretanto, para estas últimas, o efeito mais relevante foi a manutenção da transferência de esforços após o escoamento, permitindo que a ruptura final ocorresse na própria barra. As deformações registradas pelas FBGs acompanharam o aumento do carregamento até níveis próximos à ruptura das barras e apresentaram respostas distintas de tração e compressão em diferentes posições ao redor da armadura, evidenciando a natureza não uniforme e assimétrica do campo de deformações desenvolvido no concreto. A análise conjunta das respostas mecânicas e ópticas indicou a mobilização efetiva da cabeça achatada como mecanismo adicional de transferência de esforços, atuando conjuntamente com a aderência ao longo da barra. Conclui-se que, nas condições experimentais avaliadas, a associação entre aderência, cabeça achatada e confinamento dos blocos foi capaz de mobilizar os elevados níveis da capacidade resistente das barras CA70 e evitar a ocorrência de falha prematura da ancoragem, conduzindo à ruptura final da própria armadura. O monitoramento por FBG mostrou-se uma metodologia de monitoramento capaz de acompanhar internamente a evolução e a não uniformidade das deformações do concreto associadas ao mecanismo de ancoragem.
Abstract
The use of high-strength steel in reinforced concrete structures allows better use of the load-carrying capacity of the reinforcement, but it also places greater demands on the anchorage regions responsible for transferring forces between the steel and the concrete. In this context, this study aimed to experimentally evaluate the anchorage behavior of ribbed CA70 steel bars, with a nominal yield strength of 700 MPa, provided with flattened heads formed from the end of the bar itself, as well as to investigate the transfer of forces to the concrete using fiber Bragg grating (FBG) sensors. The experimental program included 12 pull-out tests on concrete blocks using bars with nominal diameters of 10.0 and 12.5 mm. For each diameter, six bars with flattened heads were tested, with a bonded length equal to five times the bar diameter. The force-slip relationships, anchorage capacity, and failure modes were analyzed. In the blocks with 12.5 mm bars, FBG sensors were embedded in the concrete and placed around the bar to monitor internal strains during loading. In all specimens, the bars exceeded the yield strength and final failure occurred by steel bar fracture, with no failure of the concrete blocks. This shows that the anchorage system was able to maintain force transfer after steel yielding. The confining reinforcement in the blocks also contributed to this behavior by limiting concrete splitting and allowing high force levels to develop before bar fracture. Compared with straight bars without heads previously tested by the research group, the overall anchorage capacity increased by approximately 25% for the 10.0 mm bars and 29% for the 12.5 mm bars. However, for the 12.5 mm bars, the most important effect was the ability of the anchorage system to maintain force transfer after yielding, allowing the bars to reach final fracture. The strains recorded by the FBG sensors increased with the applied load up to levels close to bar fracture and showed different tensile and compressive responses at different positions around the reinforcement, indicating a non-uniform and asymmetric strain field in the concrete. The combined analysis of the mechanical and optical responses indicated that the flattened head was effectively mobilized as an additional force-transfer mechanism, acting together with bond along the bar. It is concluded that, under the experimental conditions evaluated, the combined action of bond, the flattened head, and block confinement was able to mobilize high levels of the load-carrying capacity of the CA70 bars and prevent premature anchorage failure, leading to final fracture of the reinforcement itself. FBG monitoring proved to be a suitable method for monitoring the internal development and non-uniform distribution of concrete strains associated with the anchorage mechanism.
Palavras-chave
Aço CA70, CA70 steel, Ancoragem, Anchorage, Cabeça achatada, Flattened head, Ensaio de arrancamento, Pull-out test, FBG sensors, Sensores FBG
Citação
MENEZES, Durval Bertoldo. Comportamento da ancoragem de barras de aço CA70 com cabeça achatada em concreto: estudo experimental com monitoramento por fibra óptica. 2026. 98 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.732.
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