Análise experimental e numérica da aderência aço-concreto em concreto de pós reativos com sustentabilidade

Abstract

O concreto de pós reativos (CPR) é um concreto que não possui agregado graúdo em sua composição. Reduzindo-se os vazios internos, ganha-se mais resistência, durabilidade e homogeneidade. Muitos questionamentos envolvem o CPR pelo seu custo e pela metodologia de produção; e o comportamento do CPR com relação à aderência aço-concreto ainda é pouco conhecido. Normas foram criadas com relação às tensões de aderência para concretos convencionais, mas é necessário esse estudo para concretos especiais. Resultados recentes apresentados na literatura mostram que, em pull out tests, o comprimento de aderência proposto pelo RILEM, que é de 5 diâmetros, deve ser reduzido para concretos com alta resistência, sob o risco de não atingir o limite máximo de aderência devido ao fendilhamento. Portanto, os objetivos principais deste trabalho são produzir um CPR com substituição de 35% de cimento por escória de alto forno e avaliar o comportamento da aderência aço-CPR, experimental e numericamente. Todas as análises foram realizadas nas idades de 3, 7, 28, 56, 63 e 91 dias. Foram realizados ensaios mecânicos em 76 corpos de prova de 50x100mm para análise de resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. Para análise de aderência, 36 corpos de prova foram submetidos ao pull out test, com barras de aço nervuradas e lisas de diâmetro de 10 mm inseridas em CPR em fôrmas cilíndricas com altura e diâmetro de 100 mm. O comprimento de aderência foi de 2 vezes o diâmetro da barra localizado no centro da altura da amostra. Este CPR mais sustentável, com menor custo, pela redução de cimento e sem aplicação de cura térmica, apresentou resultados satisfatórios nos ensaios mecânicos. Aos 3 dias apresentou resistência à compressão de 41% da máxima obtida, que foi de 123,06 MPa aos 91 dias. Na análise por microscópio eletrônico de varredura, percebeu-se poucos poros nas amostras e uma coesão na interface entre agregado e pasta. Resultados apontaram um crescimento nas resistências até a idade de 56 dias e após uma estabilização das curvas até os 91 dias. Durante os ensaios de arrancamento, ocorreu o fendilhamento nas amostras com barras nervuradas e em idades a partir de 56 dias, mas esse efeito ocorreu após o deslizamento da barra. Na comparação da barra lisa com nervurada, podese perceber a influência considerável da nervura, pois em testes com barras lisas, a aderência foi praticamente inexistente. Observou-se valores subestimados, quando aplicadas as equações matemáticas de pesquisadores no cálculo da tensão máxima de aderência. A simulação numérica, com elementos disponíveis no software Ansys Workbench, ratificou estudos com relação à aderência e apresentou tensões máximas equivalentes à análise experimental. Este trabalho, com análise por pull out test, mostra que existe uma grande probabilidade de projetar comprimentos de ancoragem com custo mais elevado, se as disposições das normas e as equações matemáticas que foram desenvolvidas para o concreto convencional, forem aplicadas para o CPR.

Reactive powder concrete (RPC) is a concrete that has no coarse aggregate in its composition. By reducing the internal voids, more strength, durability and homogeneity is gained. Many questions involve RPC for its cost and production methodology; and its behavior bond steelconcrete is still little known. Standards have been created regarding bond strengths for conventional concretes, but this study is required for special concretes. Recent results presented in the literature show that, in pull out tests, the bond length proposed by RILEM, which is 5 diameters, must be reduced for concretes with high strength, under the risk of not reaching the maximum limit force due to cracking. Therefore, the main objectives of this work are to produce a RPC with 35% cement replacement by blast furnace slag and to evaluate the behavior of bond steel-RPC, experimentally and numerically. All analyzes were performed at the ages of 3, 7, 28, 56, 63 and 91 days. Mechanical tests were performed on 76 specimens of 50x100mm for analysis of strength compression, splitt compression and modulus of elasticity. For analysis of bond behavior, 36 pull-out tests were performed with 10 mm diameter ribbed steel bars inserted in RPC in cylindrical forms with height and diameter of 100 mm. The bond length used was 2 times the diameter of the bar located in the center of the sample height. This more sustainable, lower cost RPC due to the reduction of cement and without heat curing, presented satisfactory results in the mechanical tests. At 3 days showed strength of 41% of the maximum obtained, which was 123,06 MPa at 91 days. Scanning electron microscope analysis showed few pores in the samples and a cohesion at the interface between aggregate and RPC paste. Results showed a strength increase until the age of 56 days and after a stabilization of the curves. During the pull out tests, cracking occurred in samples aged from 56 days, but this effect occurred after sliping the bar. In the comparison of the smooth and ribbed bar, it can observe the considerable influence of the rib, because in some tests with smooth bars, the bond was practically nonexistent. Underestimated values were observed when applying the mathematical equations of researchers in the calculation of the maximum bonding stress. The numerical simulation, with elements available in the Ansys Workbench software, ratified studies regarding bond and presented maximum stresses equivalent to the experimental analysis. This work, with analysis by pull out test, shows that there is a high probability that we will design higher cost anchor lengths if the provisions of the standards and the mathematical equations that have been developed for conventional concrete are applied to CPR.