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Em Portugal, bem como noutros países, é corrente a utilização de estruturas de lajes fungiformes para edifícios. O comportamento deste tipo de estruturas sob acção de cargas verticais e, em especial sísmicas, não é ainda consistentemente compreendido por parte da comunidade científica. De facto, o EC8 EN1998.1, prescreve no seu ponto 5.1.1 (2) que “Os edifícios de betão com lajes fungiformes utilizadas como elementos sísmicos primários de acordo com 4.2.2 não estão totalmente cobertos” pela secção do EC8 relativa a estruturas de betão. Esta afirmação resulta da falta de informação e conhecimento sobre o comportamento deste tipo de estruturas, em especial das ligações pilar-laje, quando sujeitas a acções sísmicas, havendo necessidade de mais investigação sobre o assunto.

O HPFRC e UHPFRC (High and Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete) são materiais que exibem propriedades mecânicas superiores às dos betões convencionais (NSC – Normal Strength Concrete), permitindo a execução de estruturas mais esbeltas e mais eficientes estruturalmente, nomeadamente no que diz respeito a uma diminuição de peso. No entanto, sendo os HPFRC e UHPFRC materiais relativamente recentes, a quantidade de ensaios existentes é claramente insuficiente para o desenvolvimento e validação de modelos de dimensionamento. Por outro lado, e sendo estes materiais bastante mais dispendiosos que o NSC, urge estudar o seu uso racional nas estruturas. Um dos objetivos deste projeto é a utilização localizada e limitada do HPFRC e do UHPFRC na zona de ligação laje-pilar, sendo a restante porção da laje realizada com NSC, de forma a potenciar a competitividade da solução.

Numa primeira fase serão realizados ensaios ao punçoamento com carregamento monotónico, de forma a avaliar o potencial de várias geometrias, com uso localizado e otimizado do HPFRC e UHPFRC. Numa fase posterior, serão realizados ensaios sob cargas laterais cíclicas, de forma a compreender melhor o comportamento deste tipo de estruturas quando sujeitas a acções horizontais (sísmicas). Estes ensaios experimentais serão acompanhados por modelações numéricas não lineares e posterior análise paramétrica, visto estas serem financeiramente mais acessíveis, consumirem menos tempo de preparação, tornando possível estudar um maior número de casos do que seria possível experimentalmente.

A investigação proposta neste projecto pretende melhorar o conhecimento do comportamento de estruturas com utilização de HPFRC e UHPFRC. Tem também por missão sugerir recomendações de cálculo por forma a se obterem estruturas mais seguras, particularmente no que diz respeito às acções sísmicas. A investigação concentra-se assim, na segurança das pessoas, na redução do impacto das construções no meio ambiente e na economia da indústria da construção. Estes objectivos só serão atingidos com a conjugação entre a investigação experimental e numérica.

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Flat slab buildings for commercial, office and residential use are a common solution in Portugal, as well as in many other countries. Nevertheless, their behaviour under gravity and seismic actions is still not very well understood by the scientific community. Eurocode 8 (EN1998-1) prescribes in 5.1.1(2)P: “Concrete buildings with flat slab frames used as primary seismic elements in accordance with 4.2.2 are not fully covered.” This statement results from the lack of knowledge about the stiffness of the slab-column connections and the brittleness of the punching failure mode. It is also the consequence of insufficient knowledge about the behaviour of flat slabs under seismic actions and the need for further research on the punching behaviour and resistance under cyclic and dynamic horizontal loading.

High and Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC and UHPFRC) are relatively recent materials that present higher durability and mechanical resistance when compared to Normal Strength Concrete (NSC). These high performance materials give the opportunity to design slender, lighter, more elegant and efficient structures. Another innovative aspect of the use of these materials, related to the possibility of designing slenderer structures, is the use of less raw materials in their manufacture, with less environment impact. However, insufficient established design rules have been obstacles to a larger use of HPFRC and UHPFRC in structural design. Because of the fact that HPFRC and UHPFRC are more costly materials (compared to NSC), it is imperative to study their rational use. One of our objectives of the project is the use of HPFRC and UHPFRC in localized areas at the slab-column connection, being the remnant slab cast with NSC. This way it will be aimed to reduce the economic impact of using the HPFRC/UHPFRC and to enhance its competitiveness.

In a preliminary phase some punching tests of flat slab-column connections under vertical monotonic loading will be performed, to access the potential benefits of different geometry layouts, with the localized and rational use of HPFRC/UHPFRC. Afterwards, some more tests will be performed under reversed cyclic horizontal actions until failure, to better understand the behaviour under earthquake induced deformations. The experimental tests will be accompanied with non-linear numerical modelling of the column-slab connections, and subsequently a parametric analysis, due to the lower costs and preparation time, and the possibility to analyse a higher number of cases with FEA than with experimental tests.

The research proposed in this project aims to increase the knowledge on the behaviour of HPFRC/UHPFRC structures. It also has the purpose to suggest design recommendations for safer structures, particularly under seismic actions. The research is strong-minded in the safety of people and in the economy of the construction industry. These objectives will be reached with a combined experimental and numerical research.