Determinação das Propriedades Mecânicas de Conectores Flexíveis para Uso em Painéis de Parede de Concreto Isolado

Os painéis de parede sanduíche de concreto isolado (ICSWPs) compreendem uma camada de isolamento colocada entre duas camadas de concreto, muitas vezes chamadas de wythes, que fornecem sinergicamente um componente térmica e estruturalmente eficiente para a construção de envelopes ou painéis de suporte de carga 1 (Figura 1). Para se adaptar à indústria da construção em rápida mudança e aos novos regulamentos do código de construção sobre eficiência térmica, os pré-moldadores estão fabricando ICSWPs com camadas de concreto mais finas e camadas de isolamento mais espessas com maior resistência térmica; além disso, os projetistas estão usando métodos mais refinados para levar em conta a interação parcialmente composta das wythes de concreto para reduzir os custos gerais de construção, aumentando o desempenho térmico e estrutural². Embora se saiba que a eficiência estrutural depende em grande parte da conexão estrutural entre as camadas de concreto e que vários conectores de cisalhamento proprietários estão disponíveis no mercado, não existe nenhum protocolo de teste padronizado na literatura para examinar as propriedades mecânicas desses conectores. Os conectores disponíveis variam muito em sua geometria, materiais e fabricação, por isso é difícil obter uma abordagem analítica unificada para determinar suas propriedades mecânicas. Por esse motivo, muitos pesquisadores usaram suas próprias configurações personalizadas em laboratório que tentam imitar o comportamento fundamental dos conectores no serviço e os estados de limite de força 3,4,5,6,7,8,9,10. No entanto, apenas dois deles fazem parte de um esquema de avaliação de testes^5,8, apesar de não serem úteis para todas as faixas de conectores devido à sua grande variação de forma, rigidez e composição de materiais.

Figura 1: Composição típica de um espécime de painel de parede sanduíche. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Um método comum para testar esses conectores é o que é frequentemente chamado de cisalhamento único com uma linha ou duas fileiras de conectores, conforme descrito anteriormente 3,11,12, que geralmente é baseado no ASTM E488^, um padrão de teste de âncora de concreto ¹³. A ASTM E488 não exige, mas implica fortemente através de desenhos das configurações de teste sugeridas, que uma única âncora saliente de uma base fixa de concreto será testada. Uma vez que os corpos de prova são testados, um conjunto de curvas de carga versus deslocamento é plotado, e os valores médios da carga elástica final (F_u) e da rigidez elástica (K_0,5Fu) são obtidos a partir dessas curvas. Uma das principais vantagens do uso dessa abordagem é que ela produz resultados de baixa variabilidade e não requer grandes espaços de laboratório ou muitos sensores¹⁴. Uma abordagem diferente consiste em carregar um conector wythe em cisalhamento duplo para determinar as propriedades mecânicas para uso no projeto desses painéis 6,7,14,15,16. Os dados resultantes são processados da mesma forma, e os valores médios da carga elástica final (F_u) e da rigidez elástica (K_0,5Fu) são obtidos a partir do teste. Embora essa abordagem de teste envolva o uso de mais material e precise de mais sensores, é curiosamente mais fácil aplicar as condições de carga e limite em um laboratório.

Os dois estilos de teste não parecem dramaticamente diferentes, mas produzem resultados diferentes em grande parte com base em sua capacidade de imitar o comportamento do conector em um painel em grande escala. A configuração de teste de tesoura única e linha única produz uma ação de beliscar, conforme exibido na Figura 2B,C, e um momento de virada adicional, como descrito anteriormente^14,17, que não estaria presente em um painel em escala real. O cisalhamento duplo faz um trabalho melhor de imitar esse comportamento em grande escala – ele modela a tradução de cisalhamento puro dos wythes externos em relação ao wythe central. Como resultado, os valores de duplo cisalhamento empregados em métodos analíticos demonstraram produzir resultados mais próximos daqueles obtidos em testes em larga escala de painéis de parede isolados representativos¹⁴. A Figura 3 mostra a configuração de teste esquemática para o teste de cisalhamento simples e duplo de um conector.

Figura 2: Exemplos de diferentes configurações de teste de conectores empregadas na literatura. Demonstrou-se que espécimes de conector único causam carga que não representa a tradução paralela de wythes vistos em painéis em escala real. (A) Duplo cisalhamento com dois conectores; (B) Duplo cisalhamento com um conector; (C) Cisalhamento único com um conector. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Um denominador comum das conclusões de todos esses estudos é que ambas as metodologias de teste são apropriadas para determinar as propriedades mecânicas de conectores flexíveis, mas os resultados do esquema de teste de cisalhamento duplo se assemelham mais ao comportamento do conector em um painel real sob flexão. Em outras palavras, quando o usuário emprega tais resultados de teste em um modelo analítico, eles correspondem de perto aos resultados de testes em larga escala onde os conectores são usados. É importante mencionar que os resultados de tais ensaios são apropriados para modelos que se baseiam diretamente nas propriedades mecânicas como parâmetros de projeto de entrada, como métodos derivados empiricamente, soluções de forma fechada da teoria do feixe sanduíche e modelos de elementos finitos com molas 2-D e 3-D 7,18,19,20.

Figura 3: Visão esquemática dos protocolos de teste na literatura. Um carneiro é usado para traduzir os wythes dos espécimes em relação uns aos outros. (A) Protocolos de ensaio de cisalhamento simples e (B) de duplo cisalhamento. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Neste trabalho, é apresentado um protocolo experimental para obtenção dos valores da curva de backbone e das propriedades mecânicas dos conectores wythe do painel de parede isolada, a saber, F_u e K_0,5Fu. O método é baseado em conectores de teste usando uma abordagem de teste de cisalhamento duplo com algumas modificações para eliminar fontes de variabilidade e produzir resultados mais confiáveis. Todas as amostras são construídas em um ambiente com temperatura controlada, onde são testadas quando o concreto atinge a resistência à compressão alvo. A principal vantagem deste protocolo de teste é que ele pode ser facilmente seguido, pode ser replicado por diferentes técnicos e descreve de perto o comportamento real do conector wythe em um painel de parede de concreto real e isolado sob flexão ou flexão e força axial combinada, como tem sido demonstrado na literatura.

A aplicação do protocolo de teste de conector wythe sugerido para determinar as propriedades mecânicas e o comportamento do material aumentará a precisão dos resultados dos testes para a indústria de painéis de parede de concreto isolado e diminuirá as barreiras para os empresários interessados em criar novos conectores inovadores. O futuro grande aumento na construção de painéis isolados nas indústrias de concreto inclinado e pré-moldado exigirá um melhor uso de materiais e métodos mais unificados para obter propriedades de engenharia dos painéis.