Estudo do comportamento de elementos de betão reforçados com varões entrançados em material compósito (BCR)

Abstract

As estruturas de betão armado são definidas como um bem fundamental à sobrevivência dos seres humanos e ao favorecimento da qualidade de vida dentro e fora das cidades. A investigação de medidas que visem a preservação, conservação e prolongamento do ciclo de vida destas estruturas continua a despertar interesse no seio da comunidade científica. O conhecimento do funcionamento das estruturas de betão armado com aplicação do reforço tradicional em aço e dos danos que podem ocorrer pela deterioração deste material por corrosão das armaduras, conduz à necessidade de investigação de novos materiais que melhorem o desempenho das estruturas em termos de resistência e durabilidade. A aplicação de materiais poliméricos reforçados com fibras FRPs (Fiber Reinforced Polymers) apresentam-se como uma solução credível de reforço das estruturas de betão armado. Contudo, o comportamento linear elástico e a rotura frágil, aliada à baixa rigidez destes varões e ausência ou insuficiente rugosidade dos mesmos, não satisfaz a direta substituição dos varões em aço. Neste contexto, o presente trabalho apresenta o estudo sobre a utilização de uma nova geração de varões FRP, designados por Braided Composite Rods (BCRs), no reforço de elementos de betão, comparando o seu desempenho mecânico com os de elementos reforçados por varões de aço convencionais, nas mesmas condições de análise. No âmbito da atividade experimental desenvolvida em laboratório, os varões BCR e os varões de aço convencionais foram submetidos a ensaios de aderência (pull-out); modelos de viga construídos em laboratório à escala reduzida foram submetidos a ensaios de flexão. Foram produzidos varões BCR com três diferentes composições do núcleo usando a técnica de entrançamento, que permite a criação de uma estrutura exterior nervurada à volta das fibras introduzidas axialmente no núcleo de reforço. Os resultados obtidos permitem concluir que quando sujeito a ensaios de pull-out a inovadora estrutura de revestimento dos varões BCR potencia uma aderência superior à verificada pelos varões de aço (mais de 60%), fornecendo bloqueio mecânico com o betão. Ao nível do comportamento das vigas de betão com armadura BCR verifica-se o bom desempenho estrutural em termos de pseudoductilidade, capacidade de absorção de energia e aderência entre armadura e o betão.

The reinforced concrete structures are defined as a fundamental asset for the survival of human beings and favouring the quality of life in and out of cities. The research of measures that aim the preservation, conservation and extension of the life cycle of these structures continues to arouse interest in the scientific community. The knowledge of the performance of reinforced concrete structures with application of traditional steel reinforcement and damage that may occur by the deterioration of this material by the corrosion of armatures, leads to the need for research into new materials to improve the performance of structures in terms of strength and durability. The application of polymeric materials reinforced with FRP fibbers (Fibber Reinforced Polymers) present as a credible solution for the strengthening of concrete structures. However, the linear elastic behaviour and the brittle failure, allied with the low rigidity of these rods and the absence or insufficient roughness thereof, does not satisfy the direct replacement of steel rods. In this context, the present paper presents the study on the use of a new generation of FRP rods, called Braided Composite Rods (BCR), for reinforcement of concrete elements, comparing their mechanical performance with the performance of reinforced elements for conventional steel rods, in the same analysis conditions. Under the scope of experimental activity carried out in the laboratory, BCR rods and conventional steel rods, were subjected to adhesion test (pull-out); beam models built in laboratory in reduced scale were subjected to bending tests. BCR rods were produced with three different core compositions using braiding technique, which enables the creation of a ribbed exterior around the fibbers introduced axially in the reinforcing core. The achieved results allow us to conclude that when subjected to pull-out testing, the innovative coating structure of BCR rods, enables a superior adhesion to the ascertained by steel rods (more than 60%), providing mechanical lock with concrete. In terms of behaviour of concrete beams with BCR armatures, we can verify a good structural performance in terms of pseudo-ductility, capability of energy absorption and adhesion between armature and concrete.