DESEMPENHO MECÂNICO DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS DE COMPORTAMENTO STRAIN-HARDENING SUBMETIDOS A CARREGAMENTOS COMBINADOS E DE IMPACTO

• Autor(a) principal: TATHIANA CARAM SOUZA DE PAULA FIGUEIREDO
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da PUC-RIO (Projeto Maxwell)
• Texto Completo: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=59166@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=59166@2

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.