Estudo do comportamento de painéis sandwich com conectores em GFRP : ensaios à escala real

Abstract

O trabalho desenvolvido nesta dissertação decorre no âmbito do projeto de investigação “LEGOUSE – Pré-fabricação Modular de Edifícios de Custos Controlados”. Neste projeto, procura-se desenvolver uma solução inovadora para a construção de casas modulares, utilizando painéis sandwich de betão pré-fabricados. Os painéis de parede sandwich analisados são compostos por duas camadas externas de betão autocompactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) com espessura de 60 mm, e por uma camada de isolamento interior de poliestireno expandido (EPS) com 60 mm de espessura, ligadas entre si mecanicamente através de conectores. Para minorar as pontes térmicas que resultam da utilização de conectores metálicos, é proposta uma solução inovadora que utiliza conectores em GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer). Neste trabalho procura-se avaliar o comportamento estrutural desta solução. Estes painéis incorporam o sistema estrutural da edificação, devendo serem capazes de suportar cargas laterais, principalmente associadas ao vento, resistir a ações sísmicas e cargas gravíticas e também admitir deformações causadas por variações de temperatura. É desenvolvido um estudo experimental para avaliar o comportamento estrutural do painel proposto, quando sujeito a esforços de flexão e flexão composta. Para tal, são ensaiados provetes de 3 tipos: vigas com 1.245 m de desenvolvimento e 0.2 m de largura, faixas de parede de 3.0 m de desenvolvimento e 1.0 m de largura e painéis à escala real com 2.0 m  2.0 m, com e sem abertura. Em todos estes elementos, mantêm-se as dimensões da secção transversal, que apresenta duas camadas de betão com 60 mm de espessura e uma camada intermédia de isolamento também com 60 mm de espessura. Através dos ensaios realizados, é possível identificar e descrever os modos de rotura e as componentes da ligação que originam o colapso e compreender o comportamento estrutural dos elementos analisados. Para além dos aspetos referidos, este estudo pretende recolher dados essenciais à futura construção e calibração de modelos numéricos, permitindo a criação de uma ferramenta de análise capaz de avaliar a resposta global de estruturas compostas pelos painéis sandwich em estudo.

The work developed in this thesis is part of the research project “LEGOUSE – Development of cost competitive pre-fabricated modular buildings”. This project is focused on the development an innovative solution for building modular homes, using precast sandwich panels. The sandwich wall panels analyzed are composed of two external wythes of Steel Fiber Self- Compacting Concrete (SFRSCC) with 60 mm thickness, and an inner insulating layer of expanded polystyrene (EPS), also with 60 mm thickness. The SFRSCC layers are mechanically connected with each other through shear connectors. An innovative connector, made out of GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) is chosen to avoid the thermal bridges that result from the use of metallic connectors. This work attempts to assess the structural behavior of the proposed solution. These panels incorporate the structural system of the building, and therefore should be able to withstand lateral loads, mostly related to wind and seismic actions, gravity loads and also admit deformation caused by temperature variation. An experimental study is developed to assess the structural behavior of the proposed panel, when subjected to either bending or bending combined with axial force. Considering this, three kind of specimens are tested: sandwich beams with 1.245 m length and 0.2 m width, sandwich wall strips with 3.0 m length and 1.0 m width and full-scale sandwich panels, with 2.0 m  2.0 m, with a central opening in some of the produced specimens. In all the mentioned specimens, the cross section is similar, with two external SFRSCC layers of 60 mm thickness and one internal layer of EPS, also of 60 mm thickness. With the experimental program carried out, it is possible to describe the failure modes, identify the panel component that originates failure and also, to understand the global structural behavior of the analyzed elements. This study also provides essential data for future construction and calibration of numerical models, enabling the creation of analysis tools that can assess more precisely the overall response of constructions where the proposed sandwich panels are used.