P: Que tendências em engenharia civil ou construção civil estão impulsionando a inovação em materiais de construção?
Rick Bearden: Aumentar a resistência de estruturas civis - edifícios e pontes - em zonas sísmicas é um foco global contínuo; engenheiros civis e projetistas estão continuamente buscando maneiras de melhorar a segurança estrutural e proteger a vida humana, por isso o impulso para a inovação é constante. Uma tendência notável é a pesquisa sobre o uso de vergalhões de resistência ultra-alta (barra de reforço) em estruturas RC (Concreto Armado). Especificamente, os pesquisadores estão explorando como melhorar o comportamento inelástico das estruturas de concreto armado para evitar que elas falhem catastroficamente em eventos sísmicos; para isso, suas descobertas sugerem um aumento dramático da resistência do vergalhão. Um grande exemplo disto é do Japão, onde atualmente possuem vergalhões capazes de suportar tensões de rendimento de até 1.275 MPa (megapascals), o que é astronômico em comparação com a gama de 275 - 520 MPa de vergalhões convencionais.
P: Explicar como os membros de concreto armado (RC) podem servir para aumentar a resistência de uma estrutura a terremotos
Bearden: O vergalhão dá a uma viga ou pilar de concreto armado sua ductilidade - ou capacidade de deformar sob tensão de tração. Por natureza, o concreto tem um bom desempenho quando carregado em compressão, mas é frágil e não pode suportar a tensão causada por flexão ou encurvamento. O reforço com vergalhão de aço acrescenta propriedades elásticas, permitindo que um membro RC possa lidar com alguma carga de dobra, retornando ao seu estado original quando a carga é removida. As propriedades elásticas necessárias dos membros do RC são bem definidas nos códigos atuais de construção e engenharia civil em todo o mundo. Em um evento de terremoto, entretanto, uma estrutura está sujeita a enormes forças laterais que podem levá-la a uma condição inelástica, onde o alongamento ou a cedência a impede de retornar ao seu estado de tensão original. É quando ocorre uma falha estrutural. O vergalhão de resistência ultra-alta serve para melhorar o desempenho de uma estrutura na faixa inelástica, permitindo que ela evite falhas completas mesmo quando muito danificada.
P: Descreva as pesquisas em andamento para aumentar a força dos vergalhões e a ductilidade dos membros do RC.
Bearden: O projeto de concreto armado é uma disciplina de engenharia bem estabelecida, mas o foco em novos vergalhões de resistência ultra-alta está motivando novas pesquisas sobre os fundamentos, tais como a formulação química das ligas de alta resistência, processos de fabricação de vergalhões e como os vergalhões são utilizados dentro dos membros do RC. Os testes mecânicos têm um papel fundamental em todas as facetas desta pesquisa: os materiais que compõem o vergalhão e as emendas mecânicas que unem os comprimentos do vergalhão devem ser caracterizados; os componentes de vergalhões/mecânicos montados devem ser testados quanto à resistência e fadiga; e os próprios membros do RC devem ser testados para entender como a resistência do vergalhão, a resistência do concreto e a colocação do vergalhão dentro do membro RC pode aumentar a resistência a terremotos. Como seria de esperar, esta pesquisa está focada em áreas sismicamente ativas, incluindo Japão, Rússia, Ucrânia, Estados Unidos, Coreia, Índia e China. Entretanto, as universidades em todo o mundo, não apenas aquelas em zonas de atividade sísmica, também estão contribuindo com pesquisas fundamentais nesta área; um bom exemplo é a Universidade de Minnesota, que faz parte do consórcio NEES (Network for Earthquake Engineering Simulation).
P: Como o desenvolvimento de vergalhões de alto rendimento afeta os requisitos de testes mecânicos?
Bearden: Obviamente, se as forças de rendimento estiverem aumentando, então as forças de tensão aumentarão, de modo que os testes mecânicos exigem estruturas de carga de força muito maior para testar vergalhões e emendas de materiais e componentes montados. Para ressaltar isto, nos últimos dois anos vimos investigações de 1 milhão de libras - até mesmo 2 milhões de libras - de estruturas de carga para teste de vergalhões. Isto é novo, até agora a demanda por sistemas de teste de vergalhões sempre esteve na faixa de meio milhão de libras ou menos. E, é claro, os acessórios que acompanham o sistema de teste - garras, acessórios, sensores - também são afetados por maiores exigências de força. O uso de plataformas de testes estruturais para as vigas RC montadas também evoluirá, pois a pesquisa renovada sobre o comportamento inelástico mudará os objetivos e o foco dos testes. Outro impacto é que os pesquisadores estão investigando não apenas o comportamento estático, apenas de tensão, mas eles também querem realizar testes dinâmicos de fadiga por compressão de tensão zero.
P: Que soluções de testes mecânicos a MTS pode oferecer para atender a tais exigências de alta força?
Bearden: Para atender às exigências de testes de materiais e componentes com maior força - vergalhões, emendas mecânicas e conjuntos de vergalhões/emendas - oferecemos uma seleção completa de soluções de estrutura de carga prontas para uso que incluem controles, software de aplicação, garras, fixações e acessórios, e potência hidráulica e distribuição para ciclos dinâmicos de tensão-tensão ou tensão-compressão, temos uma família completa de estruturas de carga servo-hidráulicas de quatro colunas com uma gama extremamente ampla de capacidades de força, variando de 1,0 a 30,0 MN.
Para testar estruturas em escala real - vigas ou colunas com vergalhão de alta resistência integrado - fornecemos sistemas prontos para uso, compreendendo atuadores de teste civil com resistência à fadiga, giros de alta força, grandes estruturas de portal ou estruturas de reação, controles, software de aplicação, acessórios e potência hidráulica e distribuição, se necessário. Normalmente, estes sistemas são usados para realizar testes de curvatura de três ou quatro pontos e são mais do que capazes de conduzir artigos de teste RC de alta resistência a falhas.
P: Olhando para o futuro, será necessária alguma nova tecnologia para atender a essas necessidades?
Bearden: Precisamos garantir que a carteira da MTS continue a incluir o que os clientes exigem. Há oportunidades para mais inovações em nossa tecnologia de cunha hidráulica. As forças necessárias para testar vergalhões de alta resistência estão empurrando o envelope para nossas populares garras de carga lateral, que permitem uma instalação relativamente rápida e fácil do corpo de prova. No entanto, esse projeto não aumenta facilmente quando se atinge a faixa de milhões de libras, porque as tensões no invólucro da garra ficam extremamente altas. Nossas garras de estilo fechado 641 são uma alternativa viável para testes nesta linha, mas não oferecem a mesma facilidade de instalação. Portanto, estamos investigando possíveis ajustes em nossas garras de cunha de carga lateral. Além disso, também estamos explorando as possíveis vantagens de diferentes tipos de tecnologias de medição, tais como extensometria óptica ou a laser. Dito isto, a oferta atual da MTS é muito sólida para testar vergalhões de alta resistência e estruturas RC. Nossas soluções "prontas para uso", a profundidade e amplitude de nossa experiência nesta área de aplicação e nossa capacidade de fornecer aos pesquisadores o que eles precisam para satisfazer suas necessidades exatas, permanecem inigualáveis.
