Sistemas Administrativos
Escola de Engenharia de São Carlos
SET Estudo da durabilidade frente às ações ambientais...
Documento Doutorado
Área Estruturas de Concreto e Alvenaria
Data da defesa 18/05/2023
Autor POSTERLLI, Mariana Corrêa
Orientador CARRAZEDO, Ricardo
Português
Título Estudo da durabilidade frente às ações ambientais do sistema de reforço externo com FRP aplicado ao concreto
Resumo
Atualmente, vários trabalhos comprovam a eficácia de se reforçar estruturas de concreto por meio da colagem externa (técnica conhecida na literatura internacional por EBR - Externally Bonded Reinforcement) de mantas ou laminados de compósitos de polímeros reforçados com fibras (FRP - Fiber Reinforced Polymer, em língua inglesa) na superfície do elemento. Apesar da leveza, da facilidade de aplicação e de conferir ganho de capacidade resistente ao elemento, o FRP geralmente encontra-se desprotegido e diretamente susceptível às ações ambientais. Nesse sentido, sabe-se que água, umidade, temperaturas elevadas, radiação ultravioleta, entre outros fatores são potencialmente nocivos ao sistema de reforço. Com base nisso a presente pesquisa investigou a durabilidade frente às ações ambientais do sistema de reforço externo com FRP quando aplicado a elementos de concreto, foram realizados ensaios mecânicos para caracterização do material (resina epóxi, compósitos de CFRP) e do sistema EBR-FRP (corpos de prova de concreto confinados com CFRP, ensaio de cisalhamento FRP-concreto e flexão a três pontos em prismas reforçados à flexão com CFRP), sendo avaliados dois fabricantes de resina epóxi para reforço com FRP e duas condições de exposição (acondicionamento acelerado e intemperismo). Ao final da etapa experimental do trabalho foi possível concluir que os diferentes ambientes de exposição provocaram modificações no comportamento mecânico das resinas epoxídicas, embora nenhuma alteração significativa na tensão de tração ou módulo de elasticidade tenha sido apontada para os compósitos de CFRP. Da análise do sistema EBR-FRP, destaca-se a redução na tensão de cisalhamento e na energia de fratura para os modelos ensaiados ao cisalhamento e à flexão, o que refletiu na redução da deformação máxima atuando na manta de CFRP. Com base nos resultados experimentais foi possível afirmar que a taxa de degradação da aderência FRP-concreto está diretamente relacionada com o tipo de resina epóxi empregada. Da comparação entre as deformações obtidas experimentalmente e recomendadas pelas normas foi apontada a necessidade de alteração da formulação proposta para o cálculo das deformações efetivas no FRP, levando em consideração o efeito da degradação da aderência. Por fim, a partir dos resultados experimentais pré e pós condicionamento, modelos numéricos foram calibrados com a finalidade de fornecer ferramenta capaz de simular a degradação do sistema EBR-FRP.
Palavras-chave Reforço; FRP; epóxi; degradação; intemperismo

English
Title Study of the durability against environmental actions of the external strengthening system with FRP applied to concrete
Abstract
Currently, several works prove the effectiveness of strengthening concrete structures through external bonding (a technique known in the international literature as EBR - Externally Bonded Reinforcement) of fabrics or laminates of fiber-reinforced polymer composites (FRP) on the surface of the element. Despite its lightness, ease of application and the ability to improve element resistance, FRP is generally unprotected and directly susceptible to environmental actions. In this sense, it is known that water, humidity, high temperatures, ultraviolet radiation, among other factors are potentially harmful to the strengthening system. Based on this, the present research investigated the durability against environmental actions of the external strengthening system with FRP when applied to concrete elements, mechanical tests were carried out to caracterize the materials (epoxy resin, CFRP laminates) and the EBR-FRP system (specimens of concrete confined with CFRP, shear test FRP-concrete and three-point bending on prisms strengthened with CFRP), two manufacturers of epoxy resin for strengthening with FRP and two exposure conditions (accelerated conditioning and weathering) were evaluated . At the end of the experimental stage of the work, it was possible to conclude that the different exposure environments caused changes in the mechanical behavior of the epoxy resins, although no significant change in tensile stress or elasticity modulus has been identified for the CFRP laminates. From the analysis of the EBR-FRP system, the reduction in shear stress and fracture energy for the models tested in shear and bending stands out, which reflected in the reduction of the maximum CFRP laminate strain. Based on the experimental results, it was possible to state that the degradation rate of FRP-concrete bond is directly related to the type of epoxy resin used. From the comparison between the strain experimentally measured and recommended by the standards, it was pointed out the need to change the proposed formulation for the effective FRP strain, taking into account the effect of bond degradation. Finally, based on the pre- and post-conditioning experimental results, numerical models were calibrated in order to provide a tool capable of simulating the degradation of the EBR-FRP system.
Keywords Strengthening; FRP; epoxy; degradation; weathering