Avaliação de modelos de dimensionamento para o reforço à flexão com CFRP (FIB vs ACI)

A concepção do reforço com sistemas de FRP pressupõe para a sua adequada aplicação um conhecimento rigoroso dos modelos de dimensionamento e de verificação de segurança. Este artigo tem como objectivos principais a avaliação dos métodos de cálculo expostos nas propostas normativas da FIB (Bulletin 14, 2001) e ACI (2002) para a verificação da segurança à flexão de estruturas de betão armado reforçadas com sistemas compósitos de CFRP e a avaliação da relevância de alguns parâmetros para o dimensionamento. Pretende-se avaliar se, para uma dada base de dados de ensaios experimentais, os resultados obtidos respeitam as condições de segurança em relação ao Estado limite Último (ELU) definidas nas publicações acima referidas e identificar, entre os diversos métodos propostos, os que melhor se adequam a este tipo de estruturas. Para a análise comparativa e paramétrica que é feita, recorreu-se a uma vasta gama de modelos experimentais seleccionados com base nos três critérios seguintes: a) Tipo de elemento estrutural: Laje e Viga; b) Técnica de reforço: EBR e NSM; c) Sistema de reforço: pré-fabricado (laminado ou varão) e moldado in situ (manta). Com base na informação dos resultados experimentais de todos os modelos reunidos, recorreu-se a uma folha de cálculo automático, desenvolvida pelos autores, para se determinarem os valores do momento resistente (Mt) e da deformação máxima mobilizada pelo compósito (eft), em ELU, que seriam de prever (resultados teóricos), adoptando as filosofias de cálculo sugeridas nas propostas regulamentares. Procedeu-se à verificação de segurança através da análise comparativa entre os resultados teóricos e os experimentais para os modelos de Lajes EBR, de Vigas EBR por adição de laminados, de Vigas EBR por adição de mantas e de Vigas NSM (por adição de laminados e de varões), primeiro, sobre a previsão do momento resistente e depois sobre a estimativa da deformação máxima do CFRP

Reforço e reabilitação de estruturas de betão usando materiais compósitos de "CFRP"

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Dr. Joaquim Azevedo Figueira

Comportamento de vigas de betão armado reforçadas à flexão com sistemas compósitos de CFRP unidireccionais

Os estudos já efectuados sobre o reforço à flexão, com materiais compósitos de CFRP, de elementos de betão armado (vigas e faixas de laje) demonstram que o comportamento estrutural é significativamente melhorado ao nível da resistência. No entanto, tem-se verificado que é difícil obter o total aproveitamento do reforço de CFRP, isto é, atingir a rotura do compósito em simultâneo com o esmagamento do betão. Tal deve-se ao facto de se verificar a ocorrência de ruínas prematuras intercalares, ao longo da junta de ligação betão-adesivo-CFRP, que culminam no destacamento antecipado do reforço. Neste trabalho descrevem-se os ensaios à flexão realizados em vigas de betão armado, uma simplesmente armada com armadura convencional (referência) e cinco reforçadas com sistemas compósitos de CFRP unidireccionais. Os resultados obtidos são apresentados e interpretados, referindo-se as principais conclusões sobre o comportamento das vigas ensaiadas e, em particular, a contribuição dos mecanismos de fixação na zona de ancoragem

Efeito da pré-fendilhação do betão no comportamento à flexão de faixas de laje reforçadas com sistemas compósitos de CFRP

Reforçar ou reabilitar estruturas existentes envolve, frequentemente, a presença de betões em estado fendilhado. Nesse sentido, o comportamento da recente técnica de reforço à flexão por adição de sistemas compósitos de fibras de carbono unidireccional (CFRP) é avaliado numa campanha de ensaios experimentais de faixas de laje executadas em betão armado, com e sem fendilhação inicial do betão. Nessa campanha, dez faixas de laje de betão armado são ensaiadas à flexão, em quatro pontos, sendo duas simplesmente armadas (referência) e oito reforçadas com sistemas compósitos de CFRP. Destas últimas, quatro são reforçadas com o sistema curado “in situ” (manta flexível) e as restantes são reforçadas com o sistema pré-fabricado (laminado semí-rigido). Em cada um dos dois grupos reforçados, duas faixas de laje são, previamente à colagem do reforço, solicitadas de tal forma a atingirem um estado de fendilhação estabilizada. Neste trabalho, os ensaios efectuados são descritos e os resultados obtidos são analisados e interpretados

Estruturas de betão armado reforçadas à flexão com sistemas de CFRP

No Laboratório de Estruturas (LABEST) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto foram realizados vários programas experimentais sobre o reforço à flexão de estruturas de betão armado por intermédio da colagem externa de sistemas compósitos de CFRP (polímeros reforçados com fibras de carbono) unidireccionais. Neste trabalho serão apresentados dois, um realizado sobre faixas de laje e o outro sobre vigas. Os resultados obtidos são analisados e interpretados, referindo-se as principais conclusões sobre o comportamento dos elementos estruturais ensaiados tendo em vista avaliar a viabilidade do reforço com CFRP de elementos de betão armado à flexão. Estes estudos asseguram que a colagem de CFRP permite aumentos significativos na capacidade resistente de elementos de betão armado à flexão.Experimental research regarding the flexural strengthening of RC structures with externally bonded unidirectional carbon-fiber-reinforced systems (CFRP) has been carried out in the Structural Laboratory (LABEST) of Faculty of Civil Engineering of Porto University (FEUP). The paper presents two works, one refers to RC slabs specimens and other to RC beams specimens. The results are described, analyzed and discussed in order to obtain conclusions about the behaviour of RC structures strengthened with CFRP composite systems. These tests confirmed that the load capacity of RC structures can be significantly increased by applying externally bonded CFRP systems

Modelos de dimensionamento do FIB e do ACI para o reforço à flexão com CFRP

Este artigo tem como objectivos principais a apreciação dos métodos de cálculo expostos nas propostas normativas da FIB Bulletin 14 (2001) e ACI 440.2R-02 (2002) para a verificação da segurança à flexão de estruturas de betão armado reforçadas com sistemas compósitos de CFRP e a relevância de alguns parâmetros para o dimensionamento. Pretende-se avaliar se, para uma dada base de dados de ensaios experimentais, os resultados obtidos respeitam as condições de segurança em relação ao estado limite último (ELU) segundo as normas referidas e identificar, entre os diversos métodos propostos, os que melhor se adequam a este tipo de estruturas. Para a análise comparativa e paramétrica que é feita, recorreu-se a uma vasta gama de modelos experimentais seleccionados com base nos três critérios seguintes: (i) Tipo de elemento estrutural: Laje e Viga; (ii) Técnica de reforço: EBR e NSM; (iii) Sistema de reforço: pré-fabricado (laminado ou varão) e moldado in situ (manta)

Modelos de análise de estruturas laminares planas flectidas

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Joaquim Azevedo Figueira

Reforço à flexão com sistemas de FRP - comportamento experimental vs. manuais actuais de dimensionamento

Devido às características dos polímeros reforçados com fibras (FRP), ao comportamento de elementos estruturais reforçados com FRP e outras questões respeitantes à utilização da técnica de reforço exterior por colagem, é necessário observar regras específicas na aplicação destes sistemas ao betão. Foram publicados recentemente manuais com o objectivo principal de fornecer disposições de dimensionamento de reforço com FRP de acordo com o formato actual de dimensionamento para estruturas de betão. Entre essas publicações podem-se referir as do American Concrete Institute (ACI) Committee 440, do CEB-FIB Task Group 9.3 e do ISIS Canada Network of Centres of Excellence. Este trabalho tem como objectivo avaliar as metodologias de cálculo sugeridas nesses manuais para a aplicação desta nova técnica de reforço estrutural por colagem exterior de sistemas unidireccionais de FRP. Neste artigo é apresentada uma análise comparativa entre resultados de várias campanhas experimentais e os esperados por via analítica obedecendo aos critérios propostos pelo ACI, FIB e ISIS. Através da consulta de bases de dados nacionais e internacionais publicadas até à data, fez-se uma análise comparativa entre a ruína experimental de peças reforçadas e a previsão analítica em estado limite último. Neste estudo compararam-se momentos últimos, extensão máxima obtida no FRP, modos de ruína e tipo de sistema de reforço (pré-fabricado ou moldado in-situ). Com base neste trabalho, foi possível concluir sobre parâmetros de dimensionamento relevantes como a definição de um valor para a extensão eficaz no FRP, a implementação de critérios de controlo de ruínas prematuras e a caracterização correcta das propriedades dos sistemas de FRP. Da análise dos resultados obtidos tiraram-se algumas conclusões sobre a validação dos modelos de dimensionamento propostos para o comportamento de estruturas reforçadas com materiais compósitos de FRP e elaborou-se uma folha de cálculo contendo os procedimentos apresentados nas propostas normativas ajustadas aos parâmetros de dimensionamento concluídos da análise

Flexural reinforcement with FRP systems - experimental results vs. Expected results based on actual design guidelines

Due to the specific characteristics of the fibre reinforced polymers (FRP), the structural behaviour of concrete elements reinforced by FRP systems as well as to other questions related to the use of the externally bonded reinforcement (EBR) technique, it is necessary to respect specific rules on the application of these systems to reinforce concrete elements. Actually, some recent manuals were published with the main objective of providing design guidelines for the use of FRP reinforcement in accordance with the actual design format for concrete structures such as American Concrete Institute Committee 440, CEB-FIB Task Group 9.3 and ISIS Canada Network of Centres of Excellence. The objective of this work is to appraise the suggested methodologies of the design manuals for the new strengthening technique by external bond of unidirectional FRP systems. A validation analysis was performed in this paper by a comparison of experimental test results with analytical prediction behaviour by the proposed design equations. A comparative analysis in ultimate limit state was carried out based on national and international studies recently published. Moments at ultimate, effective strains on the FRP, failure modes and type of system (prefabricate or cast in-situ) were compared. It was possible to conclude about some relevant parameters for design, as it is the definition of a value to the effective strain on the FRP reinforcement, the control of premature failure modes and the correct characterization of the FRP properties. From the discussion of the results obtained some conclusions are forwarded with regard to validate the proposed design models for composite reinforced behaviour