Doctorate Thesis in Civil EngineeringIn the context of strengthening concrete structures, the Near-Surface Mounted (NSM)
technique using Fibre Reinforced Polymers (FRP) has been shown as a sound solution.
This technique consists on inserting the FRP into grooves opened on the concrete elements
to be strengthened. Epoxy adhesives are the most commonly used binders. The
crucial aspect regarding the NSM FRP technique is related with the way the stresses are
transferred from the existing concrete to the added FRP, i.e. the bond behaviour. This
thesis principal objective was to add a contribution to the existing knowledge on the bond
behaviour of NSM FRP systems in concrete.
Considering that the bond behaviour is studied through bond tests, those were the
basis of the entire research presented in this document. Hence, a bibliographic survey was
conducted in order to obtain a database with the majority of the existing experimental
works on bond tests. Whenever available there were also collected the analytical bond
laws and the numerical strategies adopted by the authors to simulate their tests. With all
this information, three different tasks were defined, each addressing one important and
complementary aspect regarding the bond behaviour of NSM FRP systems in concrete:
an analytical, an experimental and a numerical task.
The analytical task was composed by the following three steps: (i) assess the accuracy
of the existing bond laws, calibrate them and/or propose improvements; (ii) introduce data
mining algorithms as alternative bond laws; (iii) calibrate the necessary safety factors in
order to allow using the bond laws in the design of NSM FRP systems in concrete.
In the experimental task, a campaign of direct pullout tests was defined in order to
allow, in the near future, the establishment of a standard direct pullout test. In addition,
parameters which were not yet used for studying the bond behaviour were included in this experimental campaign.
Finally, the numerical task consisted on the development of an interface constitutive
model based on the plasticity theory to allow 3D numerical simulations of NSM FRP
systems. This constitutive model was implemented in FEMIX software and validated
using pullout test’s results.No âmbito do reforço de estruturas de betão, a técnica de NSM com recurso a polímeros
reforçados com fibras (FRP) tem-se revelado uma boa solução. Esta técnica consiste em
inserir FRP em entalhes abertos nos elementos de betão a reforçar. Adesivos epóxi são
os ligantes mais frequentemente utilizados. O aspeto crucial da técnica NSM FRP está
relacionado com a forma como as tensões são transferidas do betão existente para o FRP
adicionado, i.e., o comportamento da ligação. O principal objetivo desta tese foi contribuir
para o conhecimento sobre o comportamento da ligação em sistemas NSM FRP no betão.
Considerando que o comportamento da ligação é estudado através de ensaios de arranque,
estes foram a base de toda a pesquisa apresentada neste documento. Assim, foi
realizada uma pesquisa bibliográfica de modo a obter uma base de dados com a maioria
dos trabalhos experimentais existentes sobre ensaios de arranque. Sempre que existissem,
também foram coletadas as leis analíticas de aderência e as estratégicas numéricas adotadas
pelos autores para simular os seus ensaios. Com toda esta informação, três tarefas
diferentes foram definidas, cada uma abordando um aspeto importante e complementar
sobre o comportamento da ligação de sistemas NSM FRP no betão: uma tarefa analítica,
uma experimental e uma numérica.
A tarefa analítica era composta pelas seguintes três etapas: (i) avaliar a precisão das
leis de aderência existentes, calibrá-las e/ou propor melhorias; (ii) introduzir os algoritmos
de data mining como leis de aderência alternativas; (iii) calibrar os fatores de segurança
necessários de modo a permitir o uso das leis de aderência no dimensionamento de sistemas
NSM FRP no betão.
Na tarefa experimental, foi definida uma campanha de ensaios de arranque de modo
a permitir, num futuro próximo, o estabelecimento de um ensaio de arranque direto standard. Adicionalmente, foram adicionados nesta campanha experimental parâmetros
que ainda não foram utilizados no estudo do comportamento da ligação.
Finalmente, a tarefa numérica consistiu no desenvolvimento de uma lei constitutiva
de interface baseada na teoria da plasticidade para permitir simulações numéricas 3D de
sistemas NSM FRP. Esta lei constitutiva foi implementada no software FEMIX e validada
usando resultados de ensaios de arranque
