[pt] O concreto armado (CA) tem sido amplamente utilizado em construções civis
durante quase dois séculos devido a sua versatilidade e relativamente baixo custobenefício
quando comparado com outros sistemas estruturais. É, notoriamente, o
sistema mais adotado na construção de obras estratégicas e de infraestrutura. No
entanto, as construções de CA estão em constante deterioração. Sobretudo nas
últimas décadas, atenção especial vem sendo dada à influência de cenários
dinâmicos nesse tipo de sistema estrutural devido à intrínseca baixa resistência à
tração e fragilidade do concreto, que promovem extensos horizontes de fissuração
na ocorrência desses eventos. A presente investigação dedicou-se à avaliação de
duas variações de compósitos cimentícios de comportamento strain-hardening
(SHCC) como material de reforço para melhorar a resistência ao impacto de
edifícios existentes, em especial membros estruturais com falhas críticas por
cisalhamento. SHCC é uma classe relativamente nova de compósito cimentício
reforçado com fibras, em geral microfibras sintéticas com fração volumétrica média
de 2 %. Estudos recentes já demonstraram que este compósito é capaz de deformarse
substancialmente quando submetido à tração direta (até 6% dependendo da
dosagem) durante o estágio de múltipla-fissuração, enquanto sustenta uma abertura
de fissura de até 100 μm. O SHCC parece especialmente adequado para resistir a
impactos de alta velocidade devido ao número relevante de superfícies que se
formam durante a sua fase de deformação, uma vez que a grande quantidade de
superfícies que são formadas durante o processo de múltipla-fissuração representa
uma perspectiva elevada de dissipação de energia sem reduzir a capacidade de
carregamento. Dois tipos de SHCC de resistência normal foram escolhidos para
serem avaliados nesta investigação. Os compósitos diferenciavam-se principalmente no tipo de fibra de reforço: PVA e UHMWPE. Como os elementos
estruturais incorporados em estruturas estão frequentemente sujeitos a estados
multiaxiais de tensão, para avaliar o potencial de SHCC como material de reforço,
ensaios combinados de torção e tensão foram desenvolvidos. Tais resultados
permitiram o aprofundamento da compreensão do desempenho mecânico dos
SHCC em análise sob cisalhamento, ao mesmo tempo que permitem a combinação
desses esforços com tensões normais de tração. Em seguida, o potencial efetivo do
SHCC no melhoramento da resistência e resiliência de elementos estruturais
existentes a cargas de impacto foi investigado por um extenso programa
experimental que contou com 24 vigas de escala real. Os parâmetros variados
foram: (i) o tipo de SHCC; (ii) a configuração de reforço interno (espécimes com e
sem estribos); (iii) a energia de impacto (que variou entre 2,1 kJ e 6,4 kJ,
correspondendo a velocidades aproximadas de 17 m/s a 30 m/s, respectivamente).
Os resultados foram avaliados em termos da resposta mecânica, padrões de
fissuração, e análise modal. Foi demonstrado que ambos os tipos de SHCC
contribuíram para a melhora da resistência ao impacto das vigas de CA reforçadas,
melhorando expressivamente a resposta dinâmica residual e de estabilidade,
enquanto contribuíram efetivamente para segurança de usuários ao propiciar uma
redução substancial de detritos desprendidos durante os testes. O SHCC reforçado
com fibras de UHMWPE mostrou-se menos sensível à presença ou ausência de
estribos, sugerindo que esse compósito seja o mais adequado para aplicações de
reforço de cisalhamento em cenários dinâmicos onde existe uma deficiência, ou
incerteza, sobre o reforço transversal interno dos membros existentes. / [en] Reinforced concrete (RC) has been widely used in civil constructions for
almost two centuries due to its versatility and relatively low cost-effectiveness ratio
when compared with other structural systems. It is notably the preferred material
for the construction of strategic infrastructures. However, RC constructions are in
constant deterioration. Special attention had been given in the last decades to the
influence of dynamic scenarios on RC structures due to concrete s inherent low
tensile strength and brittle nature, which promotes intense cracking during these
events. The present research focused on the assessment of two variations of strainhardening
cementitious composites (SHCC) as strengthening material to improve
the impact resistance of existing buildings, moreover structural members with
critical shear failure. SHCC is a somewhat new class of fiber-reinforced composite
reinforced with synthetic microfibers with an average content of 2 % in volume.
Previous research studies already demonstrated that this composite is able to yield
substantial deformations under tension (up to 6 % depending on the dosage) during
its multiple-cracking phase, while enduring a crack-width limit of 100 μm. SHCC
seems especially appropriate to withstand high-velocity impacts due to the relevant
number of surfaces that are formed during its deformation phase since it represents
a high perspective of energy dissipation without reducing load-bearing capacity.
Two types of normal-strength SHCC were chosen to be assessed in this research.
The composites differed mainly in the type of reinforcing fiber: PVA, and
UHMWPE. As structural members embodied in structures are often subjected to
multiaxial stress states, to evaluate SHCC´s potential as a strengthening material,
combined torsion and tension tests were developed. These tests deepen the
understanding of SHCC s mechanical performance under shear, while also enabled the combination with normal stresses. Then, SHCC s actual potential to improve the
impact resistance and afterlife of existing structural members was investigated
during an extensive experimental program that counted with 24 real-scale beams.
The varied parameters were: (i) the type of SHCC; (ii) the internal reinforcement
configuration (specimens with, and without stirrups); (iii) the impact energy (which
was varied between 2.1 kJ and 6.4 kJ, corresponding to approximated velocities of
17 m/s to 30 m/s, respectively). The results were assessed in terms of their
mechanical response, cracking patterns, and modal analysis. It was demonstrated
that both types of composites improved the impact resistance of the strengthened
RC members, outstandingly improving the impact safety with regards to residual
dynamic response and stability while presenting a substantial reduction of spalling
and scabbing material. The SHCC produced with UHMWPE fibers appeared to be
less sensitive to the presence or absence of stirrups, posing as more suitable
alternative for shear strengthening applications within dynamic scenarios where
there is a deficient, or even uncertainty, about the internal transversal reinforcement
of the existing members.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:59166 |
| Date | 24 May 2022 |
| Creators | TATHIANA CARAM SOUZA DE PAULA FIGUEIREDO |
| Contributors | FLAVIO DE ANDRADE SILVA, FLAVIO DE ANDRADE SILVA, FLAVIO DE ANDRADE SILVA, FLAVIO DE ANDRADE SILVA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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