O dimensionamento dos painéis sandwich de betão para paredes é semelhante ao realizado em outros painéis pré-fabricados. Após a seleção do tipo de painel (com interação total, parcial ou sem interação), as propriedades da secção e a distribuição de esforços entre os vários elementos que constituem o painel são determinados (PCI, 2011).
Os painéis são dimensionados para tensões resultantes do armazenamento, transporte, montagem e também são consideradas as tensões admissíveis e deformações resultantes das cargas de serviço. Em caso de painéis pré-fabricados, as tensões induzidas no painel durante o transporte e manuseamento são mais condicionantes do que as cargas de serviço (PCI, 2011).
Para o bom dimensionamento de um painel sandwich deve ser assegurado que o comportamento estrutural real do painel coincide, o mais próximo possível com o
comportamento considerado no projeto de dimensionamento. O conhecimento atual do comportamento dos painéis sandwich é principalmente baseado em observações e alguns ensaios experimentais. Desse modo existem algumas diferenças de opinião entre os projetistas acerca do desempenho do painel, da eficácia da transferência de esforço de corte pelos conectores, bem como do efeito do tipo de isolamento e da rugosidade da superfície do conector (PCI, 2011).
O conhecimento do grau de interação é condicionante para o dimensionamento do painel sandwich. Dependendo do grau de interação, o painel responde de forma diferente às cargas aplicadas.
O grau de interação depende da tipologia, geometria, materiais utilizados e propriedades do painel, mas principalmente do tipo de ligação efetuada entre as diferentes camadas. Para tal, é necessário colocar elementos que atravessem a camada de isolamento e efetuem a ligação entre as camadas de betão, os denominados conectores.
Dependendo da capacidade de transmissão de esforços de corte entre as várias camadas do painel sandwich de betão, pode-se considerar que o painel funciona com interação total, interação parcial ou sem interação.
Interação total
Os painéis com interação total são projetados e fabricados de modo a que os dois panos de betão atuem em conjunto como uma só unidade para resistir às cargas aplicadas até à rotura. Este grau de interação é conseguido através da transferência completa das forças de corte entre os dois panos de betão. As tensões variam linearmente ao longo da secção transversal do painel, como se de uma única camada se tratasse, como apresentado na Figura 2.10 (a) (Benayoune et al., 2008).
Interação parcial
O painel sandwich funciona com interação parcial se os conectores apenas transferirem uma fração das forças de corte. A distribuição de tensões característica deste grau de interação é representada na Figura 2.10 (b) (Benayoune et al., 2008).
Sem interação
No caso de painéis sem interação, os conectores colocados não têm capacidade de transferência de corte longitudinal mas geralmente possuem capacidade de transmitir esforços axiais em circunstâncias de transporte, manuseamento e mesmo em condições de serviço,
suportando cargas laterais e gravíticas. Neste caso, os dois panos trabalham de forma independente. Existem ainda casos em que apenas uma camada é resistente, e a outra camada existe apenas por razões arquitetónicas ou de funcionamento do edifício (por exemplo, melhores condições térmicas e acústicas). Tanto no caso de existir uma camada resistente ou duas, o equilíbrio das forças aplicadas no painel deve ocorrer ao nível das camadas como representado nas figuras c) e d) da Figura 2.10 (Benayoune et al., 2008).
Figura 2.10: Distribuição de tensões em painéis sandwich de betão sujeitos à flexão, adaptado de Benayoune et al. (2008)
É frequente construir o painel sandwich estabelecendo um grau de interação parcial ou quase nulo entre os panos de betão porque isso permite economizar mão-de-obra, tempo de produção e facilita o processo de dimensionamento. No entanto definir e projetar um painel para um grau de interação parcial pode aumentar significativamente a eficiência estrutural e reduzir os custos iniciais e de ciclo de vida de um painel, em comparação com o caso anteriormente descrito.
O grau de interação depende da natureza das ligações entre as duas camadas de betão. Aumentar o grau de interação entre as camadas, aumenta a capacidade estrutural de um painel, tornando-o mais eficiente. Os painéis com apenas um pano resistente (sem interação) foram introduzidos na década de 80 e tinham como objetivo minimizar as deficiências térmicas criadas pelas ligações de aço. Apesar da menor capacidade estrutural, os painéis sem interação tornaram-se populares devido à sua eficiência térmica e características arquitetónicas. Na atualidade, tenta-se criar painéis com interação parcial que tentam aproveitar os benefícios de resistência que resultam da existência de interação, garantindo um bom desempenho estrutural. No caso de painéis com interação total verificou-se que a ocorrência de temperaturas diferenciais entre os dois panos conduziu ao aparecimento de tensões elevadas, resultantes da ocorrência de flexão (Frankl, 2011).
Pessiki e Mlynarczyk (2003) testaram quatro painéis num ensaio à flexão simples, de forma a estudar o grau de interação. No primeiro painel, a transferência de corte foi efetuada através de zonas sólidas de betão, conectores metálicos (M-TIES) e Bond, sendo que nos restantes três painéis os conectores foram colocados separadamente, de forma a estudar o funcionamento individual de cada um.
O grau de interação do painel, em estado não fendilhado, foi calculado através de uma interpolação, considerando o rácio da diferença entre os seguintes momentos de inércia: inércia experimental e inércia sem interação com inércia com interação total e inércia sem interação, tal como se mostra na equação (2.1).
𝑘 =𝐼𝑒𝑥𝑝− 𝐼𝑛𝑐
𝐼𝑐 − 𝐼𝑛𝑐 (2.1)
Onde, 𝐼𝑛𝑐 e 𝐼𝑐 são valores teóricos do momento de inércia de um painel com interação nula e o momento de inércia de um painel com interação total, respetivamente. 𝐼𝑒𝑥𝑝 é o valor do momento de inércia do provete, determinado experimentalmente.
Pessiki e Mlynarczyk (2003) concluíram que o painel com os três conectores exibia um grau de interação total e o painel com zonas sólidas apresentava um grau de interação de 92%. Pelo contrário, os painéis com conectores M-ties e Bond detinham um grau de interação compósita bastante baixo, de 10% e 5% respetivamente.
Mohamad e Mahdi (2011) verificaram que, o painel com conector de treliça dupla simétrica foi capaz de sustentar uma carga (355 kN) mais elevada e uma deformação máxima de 0.7 mm, enquanto o painel com conector de treliça simples obteve uma carga máxima de 188 kN e uma deformação máxima de 4.3 mm. Provando que o conector de treliça dupla simétrica foi capaz de transferir a carga excêntrica de uma camada de betão para a outra de forma mais eficaz do que a treliça simples.