UNIVERSIDADE
FUMEC/ FEA
MESTRADO EM CONSTRUÇÃO CIVIL Coordenador : Eduardo Chahud
Disciplina Obrigatória Sistemas estruturais em concreto armado Dra. Edna Alves Oliveira Aluna: Polyanna Lima Veras - Arquiteta e Urbanista
Período: 2009 / 2010
UNIVERSIDADE FUMEC MESTRADO EM CONSTRUÇÃO CIVIL
Engineered Cementitious Composites - ECC Disciplina : Sistemas estruturais em concreto armado Dra. Edna Alves Oliveira Aluna: Polyanna Lima Veras – Arquiteta e Urbanista
Polyanna Lima Veras
Autor
Victor C. Li Ph.D.
Especialização: concreto flexível ; infra-estrutura sustentável Formação Acadêmica: Engenheiro Cargos: Membro do E. Benjamin Wylie Collegiate, Professor de Engenharia Civil e Ambiental da Faculdade de Engenharia, Professor de Ciência e Engenharia de Materiais
Phone: (734) 764-3368 E-mail: vcli@umigh.edu
Resumo
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Este artigo investiga o desenvolvimento (ECC) ao longo da última década desde a sua invenção.
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Enfatiza a importância da micromecânica na concepção dos materiais.
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Demonstra as vantagem da utilização de ECC na construção civil, em pré fabricados em estruturas, reparação e remontagem.
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Indica os últimos avanços, os desafios futuros para a continuação do desenvolvimento e implantação do ECC.
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Foi apresentado em um Workshop Internacional sobre Aplicações e Avaliações de Fibra Dúcteis (DFRCC), patrocinado pelo Instituto Concreto do Japão, realizado em Outubro de 2002, Takayama, Japão .
Palavras-chave:
comp贸sito, fibra, maleabilidade, durabilidade, sustentabilidade, seguran莽a, infra estrutura.
Métodos
•O desenvolvimento do ECC é o resultado de pesquisas científicas, realizadas em universidades, voltadas para aplicações estruturais e desenvolvimento comercial. • A manifestação das empresas usuárias do ECC constituiu um importante feedback para o meios acadêmicos nas comunidades industriais aprimoramento e ajuste doe material para aplicações específicas.
Tópicos
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Concepção teórica dos materiais
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Micromecânica
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Resistência X ductilidade
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Desempenho dos elementos do R/ ECC
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Características gerais do comportamento estrutural do R/ECC
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Tipos de aplicações
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Custo do ECC
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Sistema de desenvolvimento e divulgação da tecnologia ECC
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Perspectivas futuras e conclusões
Introdução
• Desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, início de 1990 • ECC é uma classe compósito de fibra ultra dúctil reforçada •Alta capacidade de regeneração com a adição de água e dióxido de carbono (CO2), • Novo concreto foi desenvolvido para deformar e trincar em finíssimas fissuras.
Concepção teórica dos materiais Material Design Theory
Microstructure Tailoring & optimization
Material Properties
Material Processing
Structural Element/Systems Experimental Analysis
Commercial Commercial Development Development
Materiais teóricos e aplicações comerciais do ECC
• A micromecânica do ECC relaciona propriedades macroscópicas com a microestruturas de um compósito, e forma a espinha dorsal da Teoria de Projeto dos Materiais. • O ECC permite um ajuste sistemático de microestrutura a exemplo dos materiais otimizados conhecidos. • O ECC tem uma capacidade à tração de 5% , 500 vezes maior que o concreto armado como também à tensão, compressão, cisalhamento, fadiga e fluência. Apresenta também propriedades físicas como redução de volume, resistência ao ciclo de congelamento e descongelamento • Embora o custo da matéria-prima inicial do ECC seja maior do que o concreto, a longo prazo os benefícios são suficientes para permitir a utilização desta tecnologia em fase de comercialização em alguns países como Japão, Coréia do Sul, Austrália, Suíça e E.U.A.
Micromecânica
Composite Tensile Ductily
Análise do estado estável
Fiber Brindging Propety (σ−δ) através das trincas
Micromecanica
Fiber, Matrix, Interface
Para compreender os mecanismos fundamentais de esforços solicitados do ECC versus comportamento tensão amolecimento FRC, é necessário reconhecer a carga e a energia de absorção das fibra de ligamento.
A área sombreada representa energia complementar que leva ao endurecimento da deformação.
Tração uniaxial - Curvas tensãodeformação de um ECC reforçados com 2% PVA-REC15 fibras, apresentando alta ductilidade à tração de cerca de 5%
Tipos de propagação das trincas a) Baixa energia complementar - dureza das trincas b) Alta energia complementar – resulta em uma configuração de propagação. As fibras permanecem intactas
a) Excesso de resistência de ligação e grave ruptura fibra limita a capacidade de deformação à tração fibra PVA é utilizada quando não é tratada, b) (b) Aumento significativo à tração é revelada quando a fibra PVA está devidamente revestida.
Quanto maior o revestimento menor cisalhamento
A micromecânica determina um intervalo ótimo de atrito τ0( tem~so de cisalhamento) de 1-2 MPa para fibra, PVA KII C para alcançar um aumento de deformação com 2% conteúdo em fibra. (a) testes mostram que este alvo (vertical seta) pode ser alcançado com o revestimento superfície contendo entre 0,6 e 1,2%, como mostra que a seta horizontal, (b) Composto uniaxial confirma aumento de resistência à tração capacidade de 1 a 5% quando o revestimento da superfície atinge 1,2%. A fibra adaptada com bom revestimento superficial é marcado pelo REC15 . A curva tensão-deformação para os compósitos com fibras não-revestidos e os compósitos com fibras revestidas 1,2%
Fratura Micrográfica de compósitos de fibras de superfície:
(a) Quando a fibra não é tratada (b) Fibra protegida de danos superficiais quando são revestidas.
Força X Ductilidade • Uma característica importantíssima do ECC é a ultra alta ductilidade - uma falha estrutural por fratura é menos provável, • Um painel de concreto com força de compressão de 50 MPa alcança uma resistência estrutural de 38 kN, •Um painel de ECC com material com força menor de compressão 41 MPa obtém uma resistência estrutural maior que 56 kN, • Ganho de 35% na resistência estrutural, três vezes maior que o do painel comum.
Desempenho dos elementos do R/ ECC O comportamento do ECC aplicado em estruturais, são esperados para ter impacto direto na infra-estrutura de segurança, durabilidade e produtividade da construção.
Características gerais do comportamento estrutural do R/ECC Redução ou eliminação de reforço no cisalhamento • O ECC tem uma excelente capacidade de corte, • Sob cisalhamento desenvolve trincas com múltiplas fissuras alinhadas na direção principal da tração por ser dúctil e faz com que o cisalhamento a responda a esta ductilidade •Como resultado, os elementos do R/ECC pode não necessitar de aço convencionais, no esforços de cisalhamento • Cargas periódicas submetidas a cargas à absorção de energia R/ECC sem cisalhamento ultrapassam o padrão R/C •Um pilar de concreto pode permanecer integro quando é substituído pelo ECC •O ECC tem a capacidade de sustentar grandes deformações sem danos localizados. •Este comportamento pode ser utilizado em inúmeras situações em que a deformação imposta sobre uma estrutura elevada. •ECC pode ser utilizados para servir de link nas lajes substituindo as juntas convencionais em concretos.
Os dois gráficos apresentam um loop de stress um com estribo e o outro sem o estribo. Absorção Superior de da energia um loop mais estável e danos menores foram observados no R/ECC apesar da eliminação total dos estribos.
a) R / C danos no comportamento pilar com estribo b) R/ECC inversão de carregamento sem estribo indicado em um deslocamento de 10%
• O ECC pode diminuir movimentos de retração, variação de temperatura ou fluência na aplicação de uma tira de ECC colada entre os segmentos do concreto. • Ensaio de tração uniaxial confirma que grandes deformações 1,3% podem ser impostas sem causar fissuras em concreto segmentado. • Toda a deformação é absorvida pelo ECC através das tiras.
Deformação compatível entre o ECC e o R/ECC • o reforço do aço e da R/ECC pode ser considerado como um material elástico -plástico capaz de sustentar deformação de uma porcentagem grande de tensão.
Teste de tensão uniaxial regulares na laje de concreto com fita ECC colada no meio
a) correspondente curva de carga-deformação.
b) Embora a capacidade global de deformação atingiu 1,3%, o concreto segmentos não fissura
10mm
R/EC C
10mm
R/ C
Deformação entre ECC e reforço de aço (direita) mostrando microfissuras com carga transmitidas via ponte fibras. Ruptura frágil do concreto, em condições normais R/C (à esquerda) provoca descarga no concreto, resultando em alto cisalhamento interfacial e originando quebra.
A coluna à esquerda R/C mostra um pedaço do no concreto em que a barra incide fratura planas com grande trincas. R/CEC coluna à direita não mostra nenhum pedaço apresentam microfissuras.
Custo do ECC
• O custo adicional da ECC sobre o concreto esta na utilização de fibras e maior conteúdo de cimento. • Em comparação com utilização de fibras de aço em muitos FRCS, fibras poliméricas como PVA pode ser mais caro em uma unidade de peso base. • Contudo, deve notar-se que fibras poliméricas têm densidade seis a sete vezes menor que o do aço, e é o volume do teor de fibras, e não o peso que rege o desempenho do compósito cimentício. • O custo do ECC em comparação com outros com alto desempenho como argamassa polímeros atualmente em uso para a reparação de infra-estrutura pode ser muito inferior. • Em última análise, a economia do ECC deve ser baseada no seu custo / benefício.
O ECC tecnologia de rede • ECC é um material relativamente novo emergentes de laboratório • O material esta a cada dia evoluindo • Mais e mais sendo aplicado • Existe uma necessidade de intercâmbio evolução informações entre acadêmicos, industrial governamentais e preocupações. •Por esta razão, a ECC Technology Network foi criada em 2001. • Uma organização informal composto por membros interessados no desenvolvimento e promoção tecnológico do ECC.
O ECC tecnologia de rede
• Um Web site organizado pela Universidade de Michigan em www.engineeredcomposites.com • Não há custo para fazer parte da organização, apenas um compromisso em continuar a ECC antecedência.
Technology Network do ECC. Os membros que fazem parte do desenvolvimento do ECC incluem acadêmicas, industriais e governamentais
Perspectivas futuras e conclusões •
Continuar a descobrir características mais favoráveis de ECC para aplicações de novas infra-estruturas.
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Pode ser prevista que uma nova geração de materiais que contém ECC as vantagens de ambos aço (ductilidade) e concretos
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Alcance do desempenho estrutural a nível sustentável no que diz respeito à ação social, econômico com dimensões ambientais de auto-cura quando danificados . Atenção necessária para estes itens abaixo:
1)
Padronizado mistura desenho
2) Pré-mistura ECC 3) fornecimento de material básico 4) Material desempenho especificações 5) Os métodos de ensaio normalizados 6) Numérica ferramentas 7) Consolidação domínios
do
conhecimento
em
aplicação
8) Desenvolvimento sustentável 9) inovações estruturais 10) Projeto Integrado de Estruturas e Materiais
específica
Aplicações
Ponte Mihara, Hokkaido, Jap達o
Referência Bibliografia
• http://www.ns.umich.edu/htdocs/pu blic/experts/ExpDisplay.php?ExpID =1067 • http://www.panoramio.com/photo/1 3806671 • http://cee.engin.umich.edu/node/14 6
Estudo de caso Polyanna Lima Veras