Caracterização de painéis sanduíche híbridos para a reabilitação de pisos de edifícios

Abstract

Nos últimos anos, o crescente interesse e investimento na área da reabilitação justificou uma crescente necessidade de elementos estruturais leves, de elevada rigidez, resistência e durabilidade. Como consequência, houve necessidade de desenvolver novas soluções, tendo-se verificado que as soluções compósitas, nas quais se incluem os painéis sanduíche, apresentam vantagens face a outras tipologias. A presente dissertação insere-se no âmbito do Projeto de Investigação “EasyFloor”, desenvolvido pelo consórcio que inclui a Universidade do Minho, o Instituto Superior Técnico (IST) e a empresa ALTO-Perfis Pultrudidos, Lda. Este projeto tem por objetivo o desenvolvimento de painéis sanduíche totalmente compósitos e painéis sanduíche híbridos inovadores que serão utilizados na substituição de pisos degradados em edifícios antigos. No âmbito desta dissertação, pretende-se efetuar um conjunto de tarefas associadas ao desenvolvimento e à caracterização mecânica destes painéis sanduíche híbridos. Os painéis são constituídos por uma lâmina inferior em G/CFRP (glass/carbon fiber reinforced polymer), duas almas laterais também em G/CFRP, uma lâmina superior em SCSFRMC (self-compacting steel fiber reinforced micro concrete) e um núcleo em PUR (Polyurethane) ou em PIR (Polyisocyanurate). Por razões técnicas, entre o SCSFRMC e o núcleo existirá uma lâmina de GFRP. O processo de produção dos painéis será por pultrusão, estando prevista uma ligação mecânica por encaixe entre painéis. De modo a assegurar uma adequada ligação entre a lâmina de GFRP e a camada de SCSFRMC foi avaliada a influência i) do tipo de preparação da superfície da lâmina e ii) do tipo de adesivo que procura melhorar a dita ligação, por intermédio de ensaios de “pull-off”. De forma a proceder à otimização do painel sanduíche nas suas diversas vertentes, foi necessário determinar as propriedades mecânicas das diferentes componentes do painel. Desta forma, numa primeira fase procedeu-se à caraterização mecânica do SCSFRMC, através de ensaios de compressão e flexão. Por intermédio de ensaios de flexão e de tração uniaxial, foi ainda caraterizado o comportamento das lâminas de GFRP. Finalmente, foi também caracterizado o núcleo (PUR e PIR) por intermédio de ensaios de compressão e corte. Estes resultados foram posteriormente utilizados como dados iniciais das simulações numéricas efetuadas ao painel sanduíche, recorrendo ao método dos elementos finitos. Estas simulações permitiram prever a resposta estrutural dos painéis sanduíche para diferentes configurações de carregamento e diferentes condições fronteira, previstas no projeto “EasyFloor”.

In recent years, the increasing interest and investment in rehabilitation has justified a growing need for light structural elements of high stiffness, strength and durability. As a consequence, new solutions were investigated, and it became clear that composite solutions, including sandwich panels, have advantages over other types. This master’s dissertation is framed in the research project “EasyFloor” developed by a consortium comprising University of Minho, Instituto Superior Técnico (IST) and the company ALTO-Perfis Pultrudidos, Lda. The aim of this project is to develop innovative fully composite panels and hybrid sandwich panels which will be used to replace ruined floors of old buildings. In the scope of this dissertation it is intended to carry out a set of tasks associated to the development and the mechanical characterization of hybrid sandwich panels. The panels are composed of a lower strip made of G/CFRP (glass/carbon fiber reinforced polymer), two side webs also made of G/CFRP, a top strip made of SCSFRMC (self-compacting steel fiber reinforced micro concrete) and a core made of PUR (Polyurethane) or PIR (Polyisocyanurate). For technical reasons, between SCSFRMC and the core there will be a GFRP slide. The panels will be produced by pultrusion. A mechanical connection between panels will be provided. In order to ensure an adequate connection between the GFRP slide and SCSFRMC layer, it was decided to assess the influence i) the slide surface preparation technique and ii) the type of adhesive that improves the already mentioned connection by means of pull-off tests. In order to optimize the sandwich panel in a global manner, it was necessary to determine the mechanical properties of the different components of the panel. Thus, in a first phase, the mechanical characterization of SCSFRMC was carried out through compression and bending tests. By means of flexural and uniaxial tensile tests, the behaviour of the GFRP slides was also characterized. Finally, the core (PUR and PIR) was characterized with compression and shear tests. These results were later used as initial data of the numerical simulations based on the sandwich panel, using the finite element method. These simulations were developed to obtain the predictive structural responses of the sandwich panels for the different test configurations foreseen in the “EasyFloor” project.