Retrofit experimental de paredes de cisalhamento de concreto armado
Tabela de Conteúdos:
- Introdução
- Motivação do projeto
- Modos de falha típicos das paredes de concreto armado
- Tipos de paredes de cisalhamento considerados no estudo
- Pilares ou seção em haltere
- Paredes retangulares com emendas de sobreposição
- Paredes com flanges
- Propriedades típicas dos materiais no período analisado
- Objetivo da pesquisa
- Estratégias de retrofit consideradas
- Reforço com polímero reforçado com fibras (PRF)
- Shotcrete
- Modelagem numérica e validação dos resultados experimentais
- Análise dos resultados do ensaio de controle
- Padrões de danos típicos
- Análise numérica dos resultados
- Análise dos resultados do ensaio de retrofit com PRF
- Padrões de danos observados
- Comparação com o ensaio de controle
- Análise dos resultados do ensaio de retrofit com shotcrete
- Conclusão
- Agradecimentos
- Recursos
🏗️ Experimental Retrofit de Paredes de Cisalhamento de Concreto Armado
A resistência de estruturas antigas na costa oeste da Califórnia tem sido uma preocupação significativa devido à falta de conformidade com os padrões sísmicos atuais. Esta pesquisa tem como objetivo investigar as possíveis falhas que ocorrem durante eventos sísmicos em paredes de cisalhamento de concreto armado não-dúctil e propor estratégias de retrofit que sejam economicamente viáveis e ambientalmente amigáveis.
1. Introdução
Neste artigo, será discutido o estudo experimental de reforço de paredes de cisalhamento de concreto armado, com foco nas estruturas construídas na Califórnia antes dos anos 1970. Essas estruturas estão em risco de colapso em caso de grandes terremotos, devido à falta de conformidade com os padrões sísmicos atuais.
2. Motivação do projeto
A principal motivação deste projeto reside na necessidade de garantir a segurança das pessoas que vivem e trabalham em estruturas antigas na costa oeste da Califórnia. O risco de colapso durante terremotos é muito alto, e é fundamental desenvolver estratégias eficazes de retrofit que possam garantir a integridade estrutural desses edifícios.
3. Modos de falha típicos das paredes de concreto armado
As paredes de cisalhamento de concreto armado estão sujeitas a vários modos de falha durante eventos sísmicos. Alguns dos modos de falha típicos incluem:
- Falhas diagonais por tração
- Falhas diagonais por compressão
- Falhas flexurais
- Falhas de emendas de barras
- Falhas por deslizamento
4. Tipos de paredes de cisalhamento considerados no estudo
Neste estudo, foram considerados três tipos diferentes de paredes de cisalhamento:
4.1. Pilares ou seção em haltere
Esta é uma seção de parede de cisalhamento com grandes aglomerados de concreto nas extremidades, semelhante a uma viga "I". A armadura na teia é leve, com apenas 0,2% de taxa de armadura, enquanto os pilares possuem taxas de armadura mais altas (3,5% ou mais).
4.2. Paredes retangulares com emendas de sobreposição
Essas paredes de cisalhamento apresentam emendas de sobreposição, que são comuns nesse tipo de estrutura. As propriedades dos materiais na época em que foram construídas eram significativamente mais baixas em relação à resistência atual.
4.3. Paredes com flanges
As paredes com flanges são outro tipo de parede de cisalhamento analisado neste estudo. As propriedades dos materiais também eram baixas nesse período, com resistência à compressão do concreto de apenas 3 a 4 mil PSI e resistência do aço de 40 KSI.
5. Propriedades típicas dos materiais no período analisado
Durante o período em que as estruturas foram construídas, as propriedades dos materiais eram significativamente mais baixas em comparação com os padrões atuais. A resistência à compressão do concreto era de apenas 3.000 a 4.000 PSI, enquanto a resistência do aço era de 40 KSI.
6. Objetivo da pesquisa
O objetivo deste projeto de pesquisa é investigar os padrões típicos de danos que ocorreriam durante um evento sísmico em paredes de cisalhamento de concreto armado não-dúctil. Além disso, serão analisadas estratégias de retrofit que sejam eficientes em termos de custo, amigáveis ao meio ambiente e seguras.
7. Estratégias de retrofit consideradas
Neste estudo, foram consideradas duas estratégias de retrofit para as paredes de cisalhamento de concreto armado:
7.1. Reforço com polímero reforçado com fibras (PRF)
O reforço com PRF consiste em ancorar as fibras reforçadas em polímeros nos pilares e, em seguida, cobri-las horizontalmente. Essa estratégia visa melhorar a resistência da parede de cisalhamento, permitindo que as fibras reforçadas em polímero suportem a carga.
7.2. Shotcrete
O shotcrete é uma técnica de espalhamento de concreto que envolve a aplicação de uma camada de concreto projetado na superfície da parede de cisalhamento. Esse processo cria uma nova camada de concreto que é capaz de suportar cargas sísmicas.
8. Modelagem numérica e validação dos resultados experimentais
Além dos testes experimentais, o projeto também envolve modelagem numérica para validar os resultados obtidos. Um modelo numérico baseado em elementos de viga e truss, assim como elementos de casca, foi utilizado para simular o comportamento das paredes de cisalhamento em diferentes cenários.
9. Análise dos resultados do ensaio de controle
Os resultados do ensaio de controle revelaram padrões típicos de danos em paredes de cisalhamento de concreto armado não-dúctil. À medida que o ensaio avançava, ocorreram fissuras diagonais na teia, seguidas de fissuras nos pilares. Em altos níveis de deslocamento, as fissuras se tornaram localizadas, resultando em falhas por cisalhamento e esmagamento.
10. Análise dos resultados do ensaio de retrofit com PRF
Os resultados do ensaio de retrofit com PRF mostraram uma melhora significativa na ductilidade da parede de cisalhamento. As fissuras na teia foram minimizadas e a capacidade de carga foi transferida para os pilares. A delaminação do PRF ocorreu apenas em altos níveis de deslocamento.
11. Análise dos resultados do ensaio de retrofit com shotcrete
O ensaio de retrofit com shotcrete ainda está em andamento e os resultados serão analisados em breve. Espera-se que o shotcrete proporcione uma melhora na resistência sísmica da parede de cisalhamento, adicionando uma nova camada de concreto para suportar a carga.
12. Conclusão
Este projeto de pesquisa tem como objetivo fornecer recomendações de retrofit seguras e eficazes para estruturas antigas com paredes de cisalhamento de concreto armado. Os resultados experimentais e numéricos ajudarão a compreender melhor o comportamento dessas estruturas durante eventos sísmicos e orientarão as práticas de retrofit no futuro.
13. Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer ao Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia pelo patrocínio deste projeto, ao Simpson Strong-Tie pela doação dos materiais e aos membros do comitê consultivo, que foram fundamentais para o sucesso deste estudo.
14. Recursos
- Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST):
www.nist.gov
- Simpson Strong-Tie:
www.strongtie.com
Destaques do Artigo:
- Estudo experimental de retrofit de paredes de cisalhamento de concreto armado na Califórnia
- Investigação dos modos de falha típicos e desenvolvimento de estratégias de retrofit
- Análise numérica e validação dos resultados experimentais
- Comparação entre a parede de controle e as paredes de retrofite com PRF e shotcrete
- Uso de elementos de viga, truss e casca na modelagem numérica
Perguntas Frequentes (FAQ)
P: Como o reforço com PRF melhora a resistência das paredes de cisalhamento?
R: O reforço com PRF ajuda a distribuir a carga sísmica de forma mais eficiente, reduzindo as fissuras na teia da parede e direcionando a carga para os pilares, que têm maior capacidade de resistência.
P: Qual é a diferença entre a parede de controle e as paredes de retrofit com shotcrete?
R: A parede de controle representa uma estrutura sem reforço, que apresenta modos de falha frágeis em caso de terremotos. Já as paredes de retrofit com shotcrete são reforçadas com uma camada adicional de concreto projetado, proporcionando uma maior capacidade de resistência sísmica.
P: Como a modelagem numérica contribui para o estudo?
R: A modelagem numérica permite simular o comportamento das paredes de cisalhamento em diferentes cenários e validar os resultados experimentais. Isso oferece uma compreensão mais abrangente do desempenho das estruturas durante eventos sísmicos.
P: Quais são os benefícios do retrofit em comparação com a reconstrução total das estruturas?
R: O retrofit é uma alternativa mais econômica e ambientalmente amigável à reconstrução total das estruturas. Além disso, permite que as estruturas existentes sejam atualizadas em conformidade com os padrões sísmicos atuais, garantindo a segurança dos ocupantes.
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