resumo: Sob explosões de contato, as estruturas de concreto armado podem se comportar de forma frágil com danos altamente localizados, como crateras de concreto, “spalling” e ruptura de reforço. A fragmentação em alta velocidade resultante de “spalling” de concreto pode causar graves mortalidades e ferimentos. Por isso, é importante conter fragmentos de concreto e melhorar a resistência ao colapso da laje. Uma nova técnica de reabilitação é proposta neste artigo que impede completamente a fragmentação. Para mitigar os efeitos da explosão nas estruturas civis, um novo tipo de material concreto chamado Ultra-High-Performance-Concrete (UHPC) é agora amplamente estudado e aplicado. O material UHPC é conhecido por sua alta resistência à compressão e tração, grande capacidade de absorção de energia, bem como boa trabalhabilidade e resistência à abrasão em comparação com o concreto de resistência normal (NRC). Todos os trabalhos publicados experimentais recentes sobre o desempenho das lajes UHPC consideram o efeito de uma explosão longe ou muito perto, por outro lado, os testes de explosão de contato são relativamente limitados experimentalmente e quase impossíveis devido a restrições de segurança e dispendiosos em termos de preparação e medições. Assim, os modelos reais e precisos de elementos finitos são necessários para resolver essa lacuna e entender o comportamento real de explosão de contato das lajes NRC e UHPC. As análises numéricas permitem obter informações sobre os complexos mecanismos de falha que ocorrem na laje e não diretamente observáveis. Neste estudo, o método de hidrodinâmica de partículas suavizadas (SPH) e o método de elemento finito são utilizados para simular os testes de explosão de contato. Os resultados numéricos são comparados com as observações experimentais, e a viabilidade e a precisão do modelo numérico são validadas. O modelo numérico validado forneceu uma ferramenta útil para projetar soluções potenciais de adaptação de explosão que podem evitar danos e fragmentações de materiais locais em ambas as lajes NRC e UHPC submetidas à explosão de contato. Este estudo introduziu uma solução de proteção adequada e muito eficiente para ambas as lajes NRC e UHPC expostas à explosão de contato (1 kg de TNT) utilizando a interação composta gerada entre lajes e placas de aço ligados. As chapas de aço coladas de 2 mm e 1 mm em ambas as faces das lajes NRC e UHPC, respectivamente, obtiveram uma resistência superior à explosão de contato.
abstract: Under contact explosions, the reinforced concrete structures can behave in a brittle manner with highly localized damage like concrete cratering, spalling, and reinforcement rupturing. High-speed fragmentation resulting from concrete spall may cause severe casualties and injuries. It is therefore important to restrained concrete fragments and improve collapse resistance of the slab. A new retrofitting technique is proposed in this paper which completely prevents fragmentation. To mitigate blast effects on civil structures, a new kind of concrete material named Ultra-High-Performance-Concrete (UHPC) is now widely studied and applied. UHPC material is known for its high compressive and tensile strength, large energy absorption capacity as well as good workability and anti-abrasion ability compared to normal strength concrete(NRC). All of recent experimental published work concerning blast performance of UHPC slabs under far or near explosion effect, on the other side, the contact explosion tests are relatively limited experimentally and nearly impossible because of security restrictions and costly in terms of both preparation and measurements. So, the real and accurate finite element models are needed to address this gap and understanding the real contact-explosion behavior of both NRC and UHPC slabs. The numerical analyses allow gaining insight into the complex failure mechanisms occurring in the slab and not directly observable. In this study, coupled smoothed particle hydrodynamics (SPH) method and finite element method is utilized to simulate the contact blast tests. Numerical results are compared with the experimental observations, and the feasibility and accuracy of the numerical model are validated. The validated numerical model provided a useful tool for designing potential blast-retrofitting solutions which can prevent the local material damage and fragmentations in both NRC & UHPC slabs subjected to contact explosion. This study introduced adequate and very efficient protection solution for both NRC & UHPC slabs exposed to contact explosion (1 kg of TNT) by utilizing the composite action generated between slabs & bonded steel plates. The 2 mm and 1 mm bonded steel plates at both faces of the NRC and UHPC slabs respectively attained a superior resistance to contact explosion.