Análise experimental de vigas “T” em concreto armado reforçadas à flexão com FRP submetidas a carregamentos pseudo-éstáticos e cíclicos

Abstract

O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento estrutural de vigas “T” em concreto armado reforçadas à flexão com FRP (Fiber Reinforced Polymer). Dois sistemas de reforço foram utilizados: o NSM (Near Surface Mounted) onde o FRP foi colado dentro de ranhuras executadas na superfície das vigas e o EB (Externally Bonded) onde o FRP foi fixado externamente à superfície do concreto. Para o reforço das vigas foram utilizadas barras, tiras e mantas de CFRP, e barras e tiras de GFRP.

Foram ensaiadas no Laboratório de Estruturas da Universidade do Estado da Carolina do Norte (NCSU - EUA) dezoito vigas em concreto armado simplesmente apoiadas e submetidas a carregamentos no meio do vão. Dezesseis vigas foram reforçadas com FRP, sendo nove com carregamentos pseudo-estáticos (Grupos G1 e G2) e as outras sete com carregamentos pseudo-estáticos e cíclicos com uma freqüência padrão de 3 Hz (Grupos G3 e G4). As duas vigas restantes, não reforçadas, foram utilizadas como referências para as demais.

A efetividade do sistema de reforço colado internamente (NSM) foi comparada com o sistema de reforço colado externamente (EB). O comportamento antes e depois da abertura de fissuras, as cargas últimas, os modos de ruptura, as flechas e as deformações dos materiais foram discutidos e comparados com os valores obtidos analiticamente e via Método dos Elementos Finitos (MEF).

Os resultados mostraram que nas vigas submetidas a carregamentos pseudo-estáticos, os sistemas NSM e o EB aumentaram a capacidade última à flexão das vigas em 98 % e 40 %, respectivamente, quando comparada com a viga de referência (SB0) sem reforço. O sistema NSM promoveu um aumento significativo na ductilidade das vigas quando comparado com o EB. O viii modo de ruptura observado para as vigas reforçadas com o sistema EB foi caracterizado pelo descolamento prematuro do FRP com as vigas ruindo para cargas inferiores às registradas com o sistema NSM.

As vigas reforçadas com o sistema NSM CFRP resistiram aos 3 milhões de ciclos sendo posteriormente levadas à ruptura com a aplicação de carregamentos pseudo-estáticos. No entanto, na viga reforçada utilizando o mesmo sistema NSM mas com o material GFRP, a ruptura se deu após a aplicação de 440396 ciclos. Em todas as vigas com o reforço colado externamente (EB) a ruptura ocorreu durante a aplicação do carregamento cíclico devido ao descolamento prematuro do material FRP.

As cargas últimas experimentais das vigas reforçadas com o compósito colado internamente (NSM) foram entre 42% e 100% superiores aos valores obtidos utilizando a formulação proposta pelo ACI 440.1R (2002) para a consideração de barras de FRP em substituição às armaduras de flexão. As melhores estimativas para as vigas com os reforços colados externamente (EB) foram apresentadas pelo boletim 14 do fib (CEB-FIP), que tem uma metodologia de cálculo especifica para esse tipo de reforço.

O modelo utilizado para a determinação das flechas para as vigas reforçadas internamente e externamente, adaptado do modelo proposto por Ross et al. (1999), apresentou estimativas razoáveis para as flechas das vigas ensaiadas nesta pesquisa.

Por fim, com relação à utilização do programa ANSYS, as estimativas encontradas foram boas, embora a não-linearidade das vigas reforçadas tenha gerado problemas relacionados com a convergência do modelo.