Análise experimental de sistemas de reforço estrutural à flexão com laminados de PRFC aplicados a vigas de concreto armado

Abstract

Muitas edificações têm apresentado degradação ao longo dos anos em todo o mundo, gerando situações de risco e causando acidentes, de modo que se têm estudado alternativas para se recuperar ou reforçar estruturalmente suas vigas, pilares e lajes. Entre as técnicas desenvolvidas para essas finalidades, destacam-se, atualmente, as que utilizam compósitos de polímeros reforçados com fibras (PRF), de modo que, desde as últimas décadas do século passado, desenvolveram-se os sistemas de reforço estrutural por colagem externa de tecidos e laminados de PRF de carbono (PRFC). Isto deve-se a este tipo de fibra apresentar o melhor conjunto de propriedades necessárias para se reforçarem as estruturas de concreto armado, como altas resistência à tração e módulo de elasticidade longitudinal. Na última década, surgiu o sistema de inserção de laminados de PRFC em entalhes executados no concreto de cobrimento de elementos estruturais preenchidos com resina epóxi. Embora haja resultados de outros pesquisadores, há a necessidade de maiores investigações no Brasil sobre o desempenho dessa nova técnica. Assim se propôs o planejamento experimental desta dissertação, cujo objetivo principal foi a análise experimental do desempenho de sistemas de reforço estrutural à flexão com laminados de PRFC aplicados a vigas de concreto armado ensaiadas com carregamento estático. De um total de dez vigas pré-moldadas, quatro foram testemunhos e seis foram reforçadas à flexão com dois laminados de PRFC através de três sistemas: colagem externa, inserção em entalhes longitudinais preenchidos com resina epóxi e com argamassa com sílica ativa. Analisa-se comparativamente o seu desempenho quanto às cargas máximas, aos deslocamentos verticais no centro do vão e às aberturas de fissuras. Constata-se que as reforçadas com laminados de PRFC inseridos em entalhes longitudinais preenchidos com resina epóxi apresentam os maiores valores de carga máxima e de rigidez. Entretanto as preenchidas com argamassa com sílica ativa obtêm desempenho inferior ao das vigas testemunhos por falta de aderência. Também se conclui que as reforçadas com colagem externa de laminados de PRFC têm os menores deslocamentos verticais no centro do vão.

Many buildings have shown deterioration over the years around the world, creating a hazardous situation and causing accidents, so that they have studied alternatives to recover or strengthen their structural beams, columns and slabs. Among the techniques developed for these purposes, stand out, currently, those using fiber reinforced polymer (FRP) composites. Since the last decades of the last century, it has been developed structural reinforcement systems of externally bonded carbon FRP (CFRP) textiles and laminates. This is due to the type of fiber having the best set of properties that are necessary to strengthen reinforced concrete structures, such as high tensile strength and longitudinal elastic modulus. In the last decade, the near-surface mounted CFRP laminates system executed in grooves in the concrete cover of structural elements filled with epoxy resin came up. Although there are results from other researchers, there is a need for further investigation in Brazil on the performance of this new technique. Thus, the experimental program of this thesis has been proposed, which main objective was the experimental analysis of the performance of bending structural reinforcement systems with CFRP laminates applied to reinforced concrete beams tested under static loading. From a total of ten precast beams, four were for control and six were strengthened in bending with two CFRP laminates composites through three systems: externally bonded, near-surface mounted insertion into longitudinal grooves filled with epoxy resin and mortar with silica fume. Their performance is comparatively analyzed for maximum loads, vertical displacements at mid-span and crack openings. It is concluded that those reinforced with near-surface mounted CFRP laminates inserted into longitudinal grooves filled with epoxy resin shows the highest maximum load and stiffness. However those filled with mortar with silica fume obtained lower performance than the control beams for lack of bonding. In addition, it is concluded that the ones strengthened with externally bonded CFRP laminates have the lowest mid-span vertical displacements.