Avaliação da degradação de Sistemas de reforço de pilares com CFRP sob ação da umidade
Data
2020-05
Autores
Lenzi, Fernanda
Título da Revista
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Editor
Resumo
Polímeros Reforçados com Fibras (PRF ou Fiber Reinforced Polymers, em língua
inglesa) se apresentam como uma opção atrativa para o reforço de estruturas na
construção civil devido às características como baixo peso próprio, facilidade e
versatilidade de aplicação, elevada resistência à tração, à corrosão e à fadiga. Dentre
as principais técnicas de aplicação de reforço com FRP ressalta-se a técnica EBR
(Externally Bonded Reinforcement, em língua inglesa), que consiste na aplicação de
reforço por meio de colagem externa, o que causa sua exposição a agentes
agressivos e a consequente perda de durabilidade quando não protegido. Neste
âmbito, este projeto baseia-se em uma análise experimental e teórica visando avaliar
o comportamento e a degradação de pilares curtos de concreto armado, reforçados
externamente com mantas de fibra de carbono quando expostos à umidade, ao longo
do tempo. Para tal, pilares com e sem armadura, não reforçados e reforçados, com
mantas de fibra de carbono, aplicadas segundo a técnica EBR, por meio de
confinamento contínuo e discreto, com uma e duas camadas de reforço, foram
submetidos à ensaios de compressão axial. Também foi realizada a análise
experimental do comportamento dos materiais constituintes do sistema de reforço por
meio de ensaios de tração uniaxial de corpos de prova de resina epoxídica e de
compósito de CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer, em língua inglesa), os quais
foram expostos a ciclos de umidade e a umidade constante. Os resultados obtidos
indicam que as resinas epoxídicas apresentaram redução de até 76% e 61% nos
valores de tensão máxima e módulo de elasticidade, respectivamente, quando
expostas aos ambientes de degradação estudados nesta pesquisa. Quanto ao
compósito, não se observou degradação independentemente do ambiente analisado.
Constatou-se aumento de capacidade de carga de até 40% nos elementos reforçados
com o aumento do número de camadas de material de reforço. Para além disso, o
reforço aplicado de forma contínua apresentou melhor desempenho comparado ao
elemento reforçado por confinamento discreto, independentemente da variação do
número de camadas. Entretanto, redução de até 10% na tensão média máxima foi
observada após exposição a umidade. Quanto ao modelo analítico, observou-se que
o proposto pela ACI 440.2R (2017) demonstrou bons resultados para previsão de
tensões últimas para os modelos com confinamento contínuo, entretanto, o mesmo não
pode ser observado para os de confinamento discreto, pois a ACI 440.2R (2017) não
considera, em seu modelo de cálculo, o envolvimento parcial. Quanto as deformações
axiais, verificou-se que o modelo não representa satisfatoriamente o observado nos
ensaios experimentais. Para os pilares não confinados, tanto a norma NBR 6118 (ABNT,
2014) quanto a ACI 318 (2019) apresentam tensão de ruptura de projeto de 10 a 20%
inferiores as obtidas experimentalmente quando aplicados os coeficientes de redução. O
estudo corrobora o entendimento acerca da fragilidade do elemento de concreto
reforçado com CFRP frente a exposição à umidade, especialmente para elementos com
confinamento discreto.
Fiber-Reinforced Polymers (FRP) are widely used in civil engineering structure strengthening due to their characteristics such as low weight, use ease and versatility, and high tensile, corrosion and fatigue strengths. Among the main strengthening methods using FRP, Externally Bonded Reinforcement (EBR) stands out, which consists of applying strengthening by means of external bonding, what exposes it to aggressive agents and consequently loss of durability if not protected. In this regard, this project was based on experimental and theoretical analyses to assess the behavior and degradation of short reinforced concrete columns, externally strengthened with CFRP sheets, after exposed to moisture over time. To this end, axial compression tests were performed on reinforced and unreinforced columns, strengthened or not with carbon fiber sheets (EBR technique). The columns were tested in continuous and discrete confinement and with one or two strengthening layers. It also tested the behavior of EBR constituents experimentally by uniaxial tensile testing of epoxy resin specimens and CFRP composites (carbon fiber reinforced polymer), which were exposed to moisture cycles and constant humidity. The results indicated that, when exposed to the degradation environments, epoxy resins had reductions of up to 76% and 61% in maximum tension and elastic modulus, respectively. As for the composite, no degradation was observed regardless of the environment. Strengthened elements showed a load capacity increase of up to 40% as the number of reinforcement layers increased. Besides, strengthening applied continuously showed better performance compared to the element reinforced by discrete confinement, regardless of the number of layers. After exposure to humidity, maximum mean strength decreased by up to 10%. The analytical model proposed by ACI 440.2R (2017) had good results to predict last tensions for continuous confinement; however, the same was not observed for discrete confinement, as the ACI 440.2R (2017) model does not consider discrete confinement. Regarding axial strains, the model did not represent satisfactorily the experimental results. For non-confined columns, both the NBR 6118 (ABNT, 2014) and ACI 318 (2019) standards show tensile strength 10 to 20% lower than those obtained experimentally, when reduction coefficients were used. The study corroborates the understanding about the fragility of a CFRP strengthened concrete when exposed to moisture, mainly for discrete confinement.
Fiber-Reinforced Polymers (FRP) are widely used in civil engineering structure strengthening due to their characteristics such as low weight, use ease and versatility, and high tensile, corrosion and fatigue strengths. Among the main strengthening methods using FRP, Externally Bonded Reinforcement (EBR) stands out, which consists of applying strengthening by means of external bonding, what exposes it to aggressive agents and consequently loss of durability if not protected. In this regard, this project was based on experimental and theoretical analyses to assess the behavior and degradation of short reinforced concrete columns, externally strengthened with CFRP sheets, after exposed to moisture over time. To this end, axial compression tests were performed on reinforced and unreinforced columns, strengthened or not with carbon fiber sheets (EBR technique). The columns were tested in continuous and discrete confinement and with one or two strengthening layers. It also tested the behavior of EBR constituents experimentally by uniaxial tensile testing of epoxy resin specimens and CFRP composites (carbon fiber reinforced polymer), which were exposed to moisture cycles and constant humidity. The results indicated that, when exposed to the degradation environments, epoxy resins had reductions of up to 76% and 61% in maximum tension and elastic modulus, respectively. As for the composite, no degradation was observed regardless of the environment. Strengthened elements showed a load capacity increase of up to 40% as the number of reinforcement layers increased. Besides, strengthening applied continuously showed better performance compared to the element reinforced by discrete confinement, regardless of the number of layers. After exposure to humidity, maximum mean strength decreased by up to 10%. The analytical model proposed by ACI 440.2R (2017) had good results to predict last tensions for continuous confinement; however, the same was not observed for discrete confinement, as the ACI 440.2R (2017) model does not consider discrete confinement. Regarding axial strains, the model did not represent satisfactorily the experimental results. For non-confined columns, both the NBR 6118 (ABNT, 2014) and ACI 318 (2019) standards show tensile strength 10 to 20% lower than those obtained experimentally, when reduction coefficients were used. The study corroborates the understanding about the fragility of a CFRP strengthened concrete when exposed to moisture, mainly for discrete confinement.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Orientadora: Prof. Dra. Gláucia Maria Dalfré
Palavras-chave
Concreto - Efeito da temperatura, Concreto - Mistura, Concreto armado - Degradação