Análise experimental de métodos de ancoragem de Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (PRFC) em vigas de concreto armado submetidas à flexão

Abstract

O reforço estrutural com elementos de reforço externo na face tracionada de estruturas é um dos tipos de intervenção praticados a muitas décadas, com metodologias consolidadas e outras em constante investigações, como ocorrem com o reforço do tipo Polímero Reforçado com Fibras (PRF). Este material é um compósito formado pela união de uma matriz (resina epóxi), com um elemento de reforço (fibras de carbono, vidro ou aramida), apresentando elevado potencial, principalmente pela facilidade de aplicação, baixo peso específico, não corrosivo e com boas características físico-mecânicas. Entretanto, por ser uma prática recente, com apenas algumas décadas, ainda necessita de investigações e aperfeiçoamentos, devido aos modos de ruptura prematuros dos elementos reforçados com PRF, justificados pelo comportamento frágil que este material de reforço proporciona à estrutura de concreto reforçado, indicando baixa eficiência na aderência e ancoragem da ligação do compósito com o substrato à medida que são atingidos elevados níveis de carregamento. Essa situação exige subdimensionamentos do material de reforço nas normas internacionais existentes, porém, com indícios ao uso de mecanismos de incremento de ancoragem nos elementos reforçados, para aumentar a eficiência do uso do PRF (ductilidade, modos de ruptura e carga última). Nesse sentido esse trabalho teve como objetivo a avaliação experimental do comportamento e desempenho de diferentes metodologias de incremento de ancoragem de mantas de PRFC em vigas de concreto armado reforçadas à flexão, utilizando a técnica de reforço “Externally Bonded Reinforcement” (EBR). Para isso, foram produzidas 16 vigas de seção 12 cm x 20 cm e comprimento de 150 cm, divididas em 8 variáveis distintas. As variáveis referem-se as vigas: testemunho; referência (apenas com reforço à flexão); incrementos de ancoragem do tipo Laço em U; Parafuso spike; EBROG (on grooves) e EBRIG (in grooves), que compõem a Etapa I; além de incrementos de ancoragem que unem metodologias investigadas: EBRIG com laço em U e EBRIG com parafuso spike, compondo a Etapa II. Os resultados indicam eficiência do reforço para carga de ruptura e ganhos de ductilidade nos elementos com incrementos de ancoragem.

Structural reinforcement with external reinforcement elements on the tensile face of structures is one of the types of intervention practiced for many decades, with consolidated methodologies and others in constant investigation, as occurs with the reinforcement of the Fiber Reinforced Polymer (FRP) type. This material is a composite formed by the union of a matrix (epoxy resin) with a reinforcing element (carbon, glass or aramid fibers), presenting high potential, mainly due to the ease of application, low specific weight, non-corrosive and with good physicalmechanical characteristics. However, as it is a recent practice, with only a few decades, it still needs investigations and improvements, due to the premature failure modes of the elements reinforced with FRP, justified by the fragile behavior that this reinforcement material provides to the reinforced concrete structure, indicating low efficiency in the adhesion and anchoring of the composite bond to the substrate as high loading levels are reached. This situation requires undersizing of the reinforcement material in the existing international standards, however, with indications of the use of mechanisms to increase anchoring in the reinforced elements, to increase the efficiency of the use of FRP (ductility, failure modes and ultimate load). In this sense, this work aimed to experimentally evaluate the behavior and performance of different methodologies for increasing the anchoring of CFRP blankets in flexurally reinforced concrete beams, using the “Externally Bonded Reinforcement” (EBR) reinforcement technique. For this, 16 beams of section 12 cm x 20 cm and length of 150 cm were produced, divided into 8 different variables. The variables refer to the beams: core; reference (only with flexural reinforcement); U-Loop anchor increments; spike screw; EBROG (on grooves) and EBRIG (in grooves), which make up Stage I; in addition to anchoring increments that combine investigated methodologies: EBRIG with U-loop and EBRIG with spike screw, composing Stage II. The results indicate efficiency of the failure load and gains in ductility to the elements with anchoring increments.