Summary
Propomos um protocolo de teste que pode ser combinado com métodos analíticos amplamente disponíveis para avaliar as propriedades mecânicas de conectores de cisalhamento para uso no projeto de painéis de parede de concreto isolados para prever o comportamento do painel isolado em grande escala.
Abstract
Este documento contém recomendações para a realização de um teste de cisalhamento duplo não padronizado adequado para painéis de parede sanduíche de concreto isolado contínuo e discreto (ICSWPs). Tal teste padronizado não existe, mas várias iterações deste e de testes similares foram realizadas na literatura em diferentes graus de sucesso. Além disso, os testes na literatura são raramente, ou nunca, descritos em detalhes ou discutidos longamente com relação aos testes, análise de dados ou procedimentos de segurança. Uma configuração de amostra de teste é recomendada neste documento, e as variações são discutidas. Propriedades mecânicas importantes são identificadas a partir dos dados de carga versus deslocamento, e sua extração é detalhada. O uso de dados de teste para o projeto, como para determinar a rigidez dos conectores, é brevemente demonstrado para mostrar como o comportamento de deflexão e rachadura do ICSWP pode ser calculado. O comportamento de resistência dos painéis pode ser determinado usando a curva de carga total versus deslocamento ou apenas a força máxima do conector. Deficiências e incógnitas são reconhecidas, e trabalhos futuros significativos são delineados.
Introduction
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 testes5,8, 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 (Fu) e da rigidez elástica (K0,5Fu) 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 (Fu) e da rigidez elástica (K0,5Fu) 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 anteriormente14,17, 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, Fu e K0,5Fu. 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.
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Protocol
1. Fabricação da amostra de teste
- Seleccione o conector de cisalhamento discreto ou contínuo a ensaiar e siga as dimensões da amostra indicadas na figura 4. Modifique as dimensões para as folgas de distância da borda de teste, se necessário, alterando a distância da borda do conector.
NOTA: Geralmente, a adesão às diretrizes do fabricante é importante, embora esse teste possa ser usado para desenvolver essas diretrizes. As dimensões de concreto e isolamento serão ditadas pelo conector de interesse. As propriedades mecânicas do teste são válidas apenas para esta combinação específica de dimensões wythe, resistência do concreto, densidade e tipo de isolamento e conector. - Indicar a resistência à compressão alvo do concreto representativa da situação de projeto de interesse. Se tentar modelar os resultados dos ensaios em grande escala, certifique-se de que a resistência do betão é a mesma que a do provete à escala real ou do projecto pretendido no momento do ensaio. Se estiver visando um determinado cenário, como a força mínima para a elevação do painel, execute o teste nessa força.
- Fabrice a fôrma de concreto usando um layout vertical ou horizontal das camadas de concreto. Certifique-se de que o teste corresponda ao estilo de construção para que a instalação dos conectores corresponda à situação em campo.
NOTA: A maioria dos ICSWPs em serviço é fabricada com um layout horizontal de cada camada. - Perfurar o isolamento de espuma (para gravatas em estilo de pino) ou orientar as peças de isolamento (para laços instalados na costura) e colocar os conectores nos locais indicados nos desenhos padrão fornecidos pelo fabricante. Coloque os conectores usando a orientação que a instalação de teste deseja para reunir as propriedades (por exemplo, um ângulo de 0° ou 90° ou outro ângulo para o eixo forte e a carga aplicada).
NOTA: A instalação dos conectores deve ser conforme indicado pelo fabricante/fornecedor, a menos que a instalação seja uma variável de teste de interesse. - Coloque a primeira camada de reforço de aço nas formas para evitar que a amostra falhe quebradiça se as peças de concreto racharem durante o manuseio ou teste.
NOTA: Como os corpos de prova raramente racham devido a cargas aplicadas, não se pensa que a armadura suave seja necessária, a menos que se espere que participe da ligação do conector ao concreto. A Figura 5 mostra a organização das etapas 1.5-1.14 ao longo do processo. - Se todas as camadas de concreto não puderem ser colocadas em tempo hábil antes do conjunto inicial do concreto, fundir as camadas a uma distância mínima de 3 h ou de acordo com as recomendações do fabricante do conector.
NOTA: As etapas 1.7-1.14 indicam a colocação consecutiva do concreto. - Despeje o concreto fresco nas formas e vibre adequadamente para evitar a formação de grandes vazios de ar no concreto ou a compactação pobre de partículas.
- Coloque a primeira camada de isolamento que contém os conectores ou empurre-os para dentro da espuma, conforme apropriado. Coloque a camada de isolamento para que ela entre em contato com o concreto fresco. Para garantir que o concreto seja consolidado ao redor dos conectores, vibre o conector com um vibrador interno de concreto a 12.000 vibrações/min, a menos que recomendado de outra forma pelo fabricante do conector.
NOTA: Vibrar por 2-5 s é suficiente para garantir a consolidação em torno dos conectores. - Coloque uma âncora de elevação de capacidade de 1 tonelada (ou mais forte, dependendo do peso final da amostra) na camada intermediária do concreto para facilitar o manuseio.
- Coloque a segunda camada de reforço de aço nas formas no centro do centro wythe.
- Despeje a segunda camada de concreto fresco nas formas e consolide adequadamente o concreto conforme descrito acima.
- Coloque a segunda camada de isolamento que contém os conectores ou instale-os na espuma, conforme descrito na etapa 1.4. Certifique-se cuidadosamente de que o concreto esteja consolidado em torno dos conectores.
- Coloque a terceira camada de armadura de aço nas formas no centro da terceira camada de concreto.
- Despeje a terceira e última camada de concreto fresco nas formas e vibre adequadamente.
- Faça cilindros de concreto para cada concreto usado na construção dos corpos de prova para fins de documentação de resistência à compressão.
NOTA: Esta etapa pode ser concluída a qualquer momento durante a construção dos espécimes, mas é recomendada na metade da colocação de um determinado lote. A preparação do cilindro e a cura em campo devem seguir a norma ASTM C3121. - Curar os corpos de prova em um ambiente com temperatura controlada até que o concreto atinja a resistência desejada. Tire os espécimes das formas uma vez que o concreto tenha endurecido adequadamente para o hardware de elevação.
2. Ensaio da amostra de duplo cisalhamento
NOTA: A figura 6 mostra uma disposição representativa da amostra de ensaio pronta a ser ensaiada (correia de catraca não retratada).
- Leve a amostra ao laboratório para amostragem quando o concreto usado para fabricar as amostras tiver atingido a resistência desejada.
NOTA: O ensaio de resistência à compressão deve seguir a norma ASTM C3922. A temperatura ambiente deve permanecer relativamente constante durante o ato físico de ensaio, sendo sugerida a temperatura de 25 °C ± 5 °C, e durante o ensaio e armazenamento dos provetes. A faixa de temperatura de teste não se destina a ser rigorosamente controlada, pois as propriedades dos materiais envolvidos não devem variar significativamente com as temperaturas ambientes típicas. - Coloque duas tiras de almofada de politetrafluoroetileno (PTFE) de 3 mm x 100 mm x 600 mm na parte inferior das wythes externas de concreto para minimizar o atrito durante o teste.
- Coloque o corpo de prova sob a estrutura de carga com a camada média de concreto centralizada sob o aparelho de carga. Use um aríete hidráulico ou uma grande máquina de teste universal para aplicar a carga na parte superior do meio wythe, tomando o cuidado de espalhar a carga com uma placa de rolamento que seja suficientemente grande para evitar uma falha no rolamento para as cargas esperadas.
- Prenda o ângulo de aço ao wythe do meio com um parafuso de concreto ou alvenaria. Criar uma separação de pelo menos 5 mm entre o ângulo de aço e a superfície de concreto usando arruelas de aço ou plástico para evitar que o ângulo interaja de outra forma com a amostra (Figura 6).
- Fixar os sensores de deslocamento às duas wythes exteriores, em lados opostos da amostra (quatro no total), para medir o movimento do ângulo de aço em relação à sua posição fixa na wythe exterior.
NOTA: Os sensores de deslocamento recomendados são transdutores diferenciais lineares variáveis ou potenciômetros. Os sensores devem sempre ser armazenados em um estojo seco e livre de poeira, umidade e efeitos magnéticos para evitar a perda de calibração. Medidores de discagem analógicos não são recomendados. - Coloque uma correia de nylon de 50 mm de largura frouxamente ao redor da parte superior da amostra para garantir que uma quebra inesperada do conector quebradiço não cause nenhum dano ao ambiente, incluindo danos ao técnico e aos sensores. Certifique-se de que a correia esteja solta o suficiente para não interferir no deslocamento da amostra, como mostra a Figura 7.
NOTA: A precinta impedirá a separação completa das wythes e facilitará a remoção da amostra após a falha, mesmo que as wythes não estejam mais separadas. No entanto, esta etapa (etapa 2.6) é opcional. - Coloque a célula de carga centralizada no topo da wythe do meio, entre duas chapas de aço de 20 mm x 150 mm x 150 mm. Certifique-se de que as chapas de aço não sobreponham o centro wythe para não interferir com o isolamento durante a deformação da amostra.
- Conecte os sensores de carga e deslocamento ao sistema de aquisição de dados (DAQ).
- Inicie a coleta de dados usando uma taxa de amostragem de pelo menos 10 Hz para garantir que a carga e o deslocamento sejam registrados corretamente.
- Carregar o provete no centro até que o deslocamento realista máximo tenha sido atingido e a resistência tenha caído substancialmente; após 50% da carga ter sido perdida, recomenda-se a interrupção do teste, embora isso seja arbitrário. Se informações adicionais ao longo do ramo descendente forem desejadas, use qualquer deformação desejada. Aplique o carregamento de forma monotônica e quase estática que seja rápida o suficiente para que o conector e a fluência do concreto não interfiram nos resultados do teste, mas não tão rápido que não possa mais ser considerado estático, a menos que uma alta taxa de carga seja a variável de teste de interesse.
NOTA: Isso indicaria que o teste deve levar na ordem de 5 min a talvez várias horas. Resultados adequados foram encontrados usando uma bomba manual hidráulica com uma duração de teste na ordem de 5-10 min. - Pare a aquisição de dados e retraia o aparelho de aplicação de carga para a posição original.
- Remova todos os sensores e guarde-os em um local seguro, como indicado acima.
- Mova a amostra testada para uma área limpa e separe as três camadas de concreto para identificar o tipo de falha: fuga de concreto, falha de cisalhamento do conector ou outra. Registre o modo de falha, a qualidade da ligação de isolamento e qualquer outra informação visual pertinente. Lembre-se de tirar fotografias.
3. Analisar os dados e relatar os resultados
NOTA: Esta seção descreve a análise de dados para avaliar várias propriedades de engenharia que têm sido usadas na literatura. Outras propriedades de engenharia podem ser de interesse, e a utilidade dos dados não se limita às propriedades abaixo.
- Transfira os arquivos de dados resultantes do teste do DAQ para o computador/pasta onde a análise de dados é realizada.
- Plote a média dos quatro sensores de deslocamento na abscissa com a carga do conector na ordenada (definida como a carga medida dividida pelo número de conectores).
NOTA: O usuário do método experimental deve revisar os dados para quaisquer sensores defeituosos ou medições não confiáveis antes de calculá-los e relatá-los. - Encontre a carga máxima e seu deslocamento correspondente usando a função apropriada do software de análise de dados e armazene esses valores como F u e δ u, respectivamente.
- Divida a carga máxima por 2 para obter a força semi-máxima, F0,5Fu, e encontre seu deslocamento correspondente δ0,5.
- Encontre a rigidez elástica (K 0,5Fu) do conector dividindo a força semi-máxima, F 0,5Fu, pelo deslocamento na força semi-máxima, δ 0,5. Se o F0,5Fu não estiver na parte geralmente elástica do teste, selecione uma carga mais baixa que esteja obviamente na região e informe o número. Se um valor mais baixo for usado, certifique-se de documentar a fração de Fu e a magnitude correspondente da força.
NOTA: Atualmente, o final da linha K0.5Fu é usado por alguns projetistas como um limite superior para forças de serviço no conector. - Relate os resultados médios de cinco amostras para cada marca, tipo ou resistência do concreto amostrado do conector.
NOTA: Os resultados relatados são válidos apenas para a combinação específica de wythe de concreto, wythe de isolamento, resistência do concreto e conector selecionado.
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Representative Results
A Figura 8 e a Figura 9A mostram uma carga típica por conector versus a curva de deslocamento média resultante de um teste de cisalhamento duplo de um conector de polímero reforçado com fibra (FRP) em laboratório. Como os números mostram, a carga aumenta de forma constante até o ponto máximo e, em seguida, cai drasticamente, o que é tipicamente observado na maioria dos testes envolvendo polímeros. No entanto, como sugere a Figura 9B, a curva se achata após a carga máxima ser atingida se um conector metálico dúctil for amostrado, dando assim dois resultados possíveis para o gráfico de carga versus deslocamento: uma falha dúctil ou frágil (Figura 9A,B). Embora alguns conectores FRP na literatura tenham apresentado certa ductilidade (Figura 9C), esta é muito pequena quando comparada aos conectores feitos de metais dúcteis. Os dados da Figura 8 são apresentados no Arquivo Suplementar 1. Os dados para cada subfigura na Figura 9 são apresentados no Arquivo Suplementar 2, no Arquivo Suplementar 3 e no Arquivo Suplementar 4.
A Figura 10 exibe dois modos de falha possíveis que podem ocorrer no teste de cisalhamento duplo. A primeira e a mais desejável é a falha do conector, que envolve apenas uma fratura por cisalhamento sem spall de concreto. O segundo modo de falha é uma fuga de concreto combinada com uma fratura do conector, o que pode ser indicativo de que o conector é muito forte para a espessura do concreto ou que o concreto não é forte o suficiente para que o conector atinja a resistência máxima. O modo de falha final é uma ruptura de tração de concreto nas superfícies externas wythe. Esse modo de falha geralmente ocorre quando o conector está longe de quebrar, mas a tensão de tração no wythe externo excede a do concreto.
Os dados de teste podem ser usados em um modelo de elementos finitos que utiliza molas como conector numérico analógico23,24, ou podem ser usados com outros métodos baseados em mecânica, como cálculos de fluxo de cisalhamento25,26,27. Tais resultados foram copiosamente demonstrados em outros artigos citados acima, mas um exemplo é reproduzido na Figura 11 para a completude deste trabalho. É importante mencionar que esses resultados dependem de outras propriedades, como o tipo e a espessura do isolamento, a resistência à compressão do concreto e a profundidade de embutimento dos conectores9. Portanto, a instalação de teste deve realizar um teste que corresponda de perto à situação em que o conector será empregado, incluindo todas as variáveis mencionadas acima.
Figura 4: Uma configuração típica de espécime conforme descrito aqui. O espécime consiste em três camadas de concreto e duas camadas de isolamento. Os conectores penetram nas camadas de isolamento. A armadura nominal é incluída nas camadas de concreto para evitar falhas quebradiças no caso de rachaduras. Um bloqueio é fornecido na parte inferior para facilitar a tradução wythe; no entanto, isso é opcional. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Etapas de fabricação da amostra na posição recomendada. Essas etapas imitam intencionalmente o processo de instalação de conectores em um ambiente de produção. O espécime é fundido plano, com cada camada instalada de forma sucessiva. Se isso não puder ser realizado antes do primeiro conjunto, é permitido aguardar pelo menos 3 h antes de fundir a próxima camada. Ver secção 1 do protocolo relativo ao fabrico da amostra de ensaio. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Esquema de teste de cisalhamento duplo. Os instrumentos são colocados na face não visível de forma idêntica aos daqui. Abreviaturas: LVDT = transformador diferencial variável linear; PTFE = politetrafluoroetileno. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7: Correia de nylon colocada ao redor do espécime. Observe que as correias estão soltas e destinam-se apenas a evitar que a amostra caia após a falha. A ação exagerada de beliscar também é exibida nesta foto. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: Gráfico de um conector de cisalhamento FRP e os recursos correspondentes. O cálculo da rigidez da secante e a resistência final do conector são identificados. Abreviação: FRP = polímero reforçado com fibra. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9: Carga representativa por conector versus a resposta de deslizamento de três resultados possíveis do teste . (A) Comportamento frágil, (B) comportamento dúctil e (C) comportamento semidúctil. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10: Documentação da falha do concreto ou do conector; fotos de amostra de possíveis resultados ao testar conectores. (A) Ruptura de cisalhamento de falha do conector, (B) perfuração de concreto e (C) falha de flexão de concreto com ou sem ruptura do conector. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 11: Um modelo de elementos finitos utilizando elementos elásticos de feixe e mola, incluindo os resultados dos testes de duplo cisalhamento. (A) Composição do modelo e (B) comparação dos resultados do modelo elástico com um teste em larga escala de Naito et al.28. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Arquivo Suplementar 1: "Dados da Fig. 8.xlsx" apresenta os dados mostrados na Figura 8 conforme coletados. A coluna A contém o carimbo de data/hora. As colunas B, C, D e E são cada uma das quatro leituras LVDT. A coluna F é a leitura da célula de carga. As colunas G, H, I e J são as leituras LVDT zeradas. A coluna K é a leitura da célula de carga zerada. A coluna L é a leitura média do LVDT de cada uma das colunas G, H, I e J. O enredo também é reproduzido neste arquivo. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo Suplementar 2: "Dados da Fig. 9A.xlsx" apresenta os dados mostrados na Figura 9A conforme coletados. A coluna A contém o carimbo de data/hora. As colunas B, C, D e E são cada uma das quatro leituras LVDT. A coluna F é a leitura da célula de carga. As colunas G, H, I e J são as leituras LVDT zeradas. A coluna K é a leitura da célula de carga zerada. A coluna L é a leitura média do LVDT de cada uma das colunas G, H, I e J. O enredo também é reproduzido neste arquivo. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo Suplementar 3: "Dados da Fig. 9B".xlsx" apresenta os dados mostrados na Figura 9B conforme coletados. A coluna A contém o carimbo de data/hora. As colunas B, C, D e E são cada uma das quatro leituras LVDT. A coluna F é a leitura da célula de carga. As colunas G, H, I e J são as leituras LVDT zeradas. A coluna K é a leitura da célula de carga zerada. A coluna L é a leitura média do LVDT de cada uma das colunas G, H, I e J. O enredo também é reproduzido neste arquivo. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo Suplementar 4: "Dados da Fig. 9C.xlsx" apresenta os dados mostrados na Figura 9C conforme coletados. A coluna A contém o carimbo de data/hora. As colunas B, C, D e E são cada uma das quatro leituras LVDT. A coluna F é a leitura da célula de carga. As colunas G, H, I e J são as leituras LVDT zeradas. A coluna K é a leitura da célula de carga zerada. A coluna L é a leitura média do LVDT de cada uma das colunas G, H, I e J. O enredo também é reproduzido neste arquivo. Clique aqui para baixar este arquivo.
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Discussion
Muitos pesquisadores usaram alguma variação desse tipo de teste para o ICSWP, mas esta é a primeira instância de delinear todas as etapas individuais. A literatura não aborda as etapas críticas nos testes, incluindo tipos de sensores e manuseio de amostras. Esse método descreve uma maneira de teste que imita mais de perto o comportamento dos conectores quando um painel é carregado em flexão em oposição ao teste de cisalhamento único. Existem várias variáveis para este trabalho que ainda precisam ser estudadas. Especificamente, as informações relacionadas às condições de contorno não são bem conhecidas, mas podem afetar o teste. Da mesma forma, a tolerância no posicionamento da carga pode ser importante, assim como a taxa de aplicação de carga. Com base na mecânica do espécime de duplo cisalhamento descrita em outro lugar10,14, a variável crítica é o comprimento do espécime.
Embora resultados aparentemente adequados tenham sido mostrados para espécimes com 1.200 mm de altura, e embora vários pesquisadores tenham tentado muitos comprimentos diferentes, o comprimento ideal não é conhecido. Curiosamente, os autores encontraram um comportamento de beliscar em comprimentos inferiores a este espécime de 1.200 mm, o que foi demonstrado anteriormente14. Não se sabe se a escolha de comprimentos maiores fará alguma diferença significativa. Acredita-se que as dimensões transversais não afetem o teste, a menos que os efeitos de borda ou a interação entre os conectores sejam observados. As recomendações apresentadas aqui não devem criar efeitos de borda ou interação entre os conectores com base nas dimensões de incorporação para conectores comerciais. Deve-se tomar cuidado para eliminar esse efeito se o comportamento individual do conector for o objetivo ou se a compreensão desses efeitos por meio do espaçamento mais próximo dos conectores for o objetivo.
Além disso, o efeito da fissuração da amostra (perto dos conectores ou de outra forma) não é conhecido. Os autores testaram vários espécimes que chegaram rachados. Em alguns casos, as rachaduras pareciam afetar o teste, enquanto em outros, não. O trabalho futuro deve se esforçar para entender melhor isso. Os protocolos de teste do International Code Council (ICC) estipulam espécimes não rachados5. Claramente, os ICSWPs em serviço racham por várias razões. É importante entender se isso afeta o comportamento do conector no nível de cisalhamento duplo e no nível em serviço. Programas de testes futuros poderiam realizar tais testes.
Diferentes modos de falha têm sido observados na literatura, mas o concreto ou o conector falharão. Alguns conectores dependem da ligação do concreto ao isolamento. Nesses casos, é imperativo que um bom vínculo com o concreto fresco seja alcançado, embora geralmente haja pouca orientação para isso. As falhas do concreto observadas na literatura incluem o rompimento do concreto29, onde os conectores puxam para fora do concreto, e o perfurador de concreto19, onde o conector empurra através da face do concreto. As falhas do conector podem ser altamente variáveis e geralmente consistem em ruptura de cisalhamento quebradiça, ruptura por tração, ruptura laminar por tração e dobradiça plástica flexural10,29. A falha do conector deve ser documentada, especialmente se as falhas forem inconsistentes entre espécimes do mesmo tipo. A condição de ligação de isolamento deve ser observada com fotografias e descrições escritas nos casos em que o isolamento é intencionalmente ligado ao concreto.
Embora tenha sido mencionado acima, merece discussão adicional que a espessura wythe, a resistência do concreto, o tipo de isolamento e a geometria do conector testados em qualquer teste são aplicáveis apenas a essa combinação específica. Se forem utilizados wythes de concreto mais finos, pode haver uma falha de punch-through19 dos wythes que pode não ser representada no teste de cisalhamento duplo. Se uma densidade ou tipo de isolamento diferente for usado para sistemas de conectores que dependem do isolamento para alguma transferência de carga, o comportamento mecânico aparente da amostra de cisalhamento duplo seria diferente. A espessura da camada de isolamento e a geometria do conector provavelmente desempenham os maiores papéis, mas a intenção deste teste é identificar o comportamento do sistema (concreto, isolamento e conector wythe agindo juntos) e, em última análise, estender isso ao comportamento, projeto ou análise em grande escala.
A precisão e o viés deste teste não são conhecidos, nem houve qualquer estudo de round-robin interlaboratorial para resolver isso. Os autores acreditam que isso deve ser feito, pois este teste é fortemente necessário dentro da indústria para fins de controle de qualidade e o desenvolvimento de um padrão de teste ICSWP. Um rigoroso estudo de robustez30 considerando os fatores mencionados acima ou outros fatores também deve ser realizado.
Os autores fazem várias recomendações para um teste bem-sucedido. Uma vez que um teste tenha começado, o teste não deve ser interrompido, pois isso pode resultar em uma quantidade desconhecida de danos permanentes ao conector, resultando em uma reinicialização fornecendo dados incorretos. Todos os defeitos da amostra devem ser devidamente anotados antes e após o ensaio. Uma verificação completa do sensor deve ser realizada antes do teste. Um sensor de deslocamento com defeito (ou seja, não de leitura) pode criar artefatos na leitura média do sensor usada para a curva do backbone.
O equipamento de proteção individual adequado é primordial porque este teste pode envolver carga significativa e falha frágil. O equipamento de segurança recomendado inclui botas de aço e, possivelmente, protetores metatarsais, capacete, proteção para os olhos, luvas, calças compridas duráveis e proteção para os ouvidos. Deve-se tomar cuidado para não ficar muito perto da amostra, pois uma falha frágil pode fazer com que a célula de carga e o conjunto da placa caiam em um ângulo da amostra. Falhas inesperadas podem ocorrer por vários motivos, incluindo conectores quebradiços, conectores instalados incorretamente ou posicionamento inadequado da carga, resultando em uma falha no rolamento.
Não há limitações conhecidas para a técnica, mas espécimes mais curtos provavelmente produzirão estimativas conservadoras de força e rigidez pelas razões descritas na introdução. No entanto, com o uso mais difundido, as limitações podem se tornar aparentes. As aplicações futuras para esse método incluem o estudo de parâmetros adicionais, como a dependência da taxa de carga, o comportamento cíclico e o comportamento de fluência de conectores wythe flexíveis.
DISPONIBILIDADE DE DADOS:
Todos os dados subjacentes aos resultados deste estudo estão disponíveis em seu formato de arquivo original como parte deste manuscrito. Arquivos suplementares são carregados para os dados contidos na Figura 8 e na Figura 9A-C. Esses arquivos são rotulados com o número de figura correspondente no formato .xlsx.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
O trabalho descrito acima não foi financiado diretamente por uma única organização ou ao longo de uma única subvenção, mas as informações foram coletadas ao longo de anos de pesquisa patrocinada pela indústria. Para esse fim, os autores agradecem aos seus patrocinadores da última década e são gratos por trabalhar em uma indústria em rápida evolução.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Battery-powered Drill | |||
| Concrete Screws | 50 mm long commercial concrete scews. | ||
| Data Logger | Capable of sampling at a frequency of at least 10 Hz. | ||
| Double Shear Test Specimen | Fabricated according to the dimmensions in the testing protocol. | ||
| Four Linear Variable Displacement Transformer | With at least 25 mm range for Fiber-reinforced Polymer (FRP) connectors and 50 mm for ductile steel connectors. | ||
| Hydraulic Actuator | With at least 50-Ton capacity. | ||
| Lifting anchors rated at 1 Ton | |||
| Load Cell | With at least 50-Ton capacity. | ||
| Load Frame | Capable of resisting the forces generated by the testing specimen. | ||
| Polytetrafluoroethylene (PTFE) Pads | 3 mm x 100 mm x 600 mm | ||
| Ratchet Strap | At least 50 mm wide. | ||
| Steel angle | |||
| Steel Plate | Two 20 mm x 150 mm x 150 mm steel plates. | ||
| Steel Washers | Capable of producing a separation of at least 5 mm between the steel angle and the specimen. |
References
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