Análise teórica-experimental de vigas de concreto armado reforçadas com laminados de Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (PRFC) com e sem protensão

Abstract

A durabilidade de estruturas de concreto armado tem sido um tema recorrente no intuito de aumentar a vida útil das estruturas realizadas. Sabe-se que o concreto é considerado um material durável, porém, apresenta limites relativos às deteriorações ocasionadas por agentes agressivos. Nesse sentido, a recuperação de estruturas danificadas torna-se relevante e diversos sistemas foram propostos como método de reforço de construções, entre eles o Polímero Reforçado com Fibras (PRF). Os PRF são comumente empregados na face externa na viga através de aderência por meio de resina, configurando o reforço de aderência externo – EBR (Externally Bonded Reinforcement), entanto, a simples aderência limita a capacidade de utilização de grande parte da resistência à tração do compósito devido a falhas prematuras do sistema. Em vista disso, a protensão de Polímeros Reforçados com Fibras tem sido amplamente estudada como método de reforço de elementos de concreto armado por propiciar inúmeras vantagens, entre elas o aumento da carga última e redução da abertura de fissuras. O presente trabalho pretende analisar experimentalmente vigas de concreto armado reforçadas à flexão com laminados de PRFC protendidos e ancorados através de sistema não metálico. O estudo foi realizado com 8 vigas de concreto armado, que foram divididas em quatro grupos: vigas testemunho, simplesmente reforçadas com e sem ancoragem e por último as vigas reforçadas com laminado protendido com sistema não metálicos. As vigas foram submetidas ao ensaio de flexão estática a quatro pontos sendo avaliadas em termos de capacidade resistente, deformação, perdas de protensão e falha do sistema. Os resultados demonstraram aumento de 48,2% na carga última das vigas protendidas em relação às vigas testemunho, com aplicação de um nível de protensão de 4,10% da resistência a tração do compósito. As perdas de protensão imediatas observadas foram de 10,6% da carga média aplicada para protensão. Além disso, uma comparação analítica dos resultados experimentais foi desenvolvida, se mostrando eficiente conforme a relação de 1,03 entre os resultados teóricos e obtidos experimentalmente, indicando uma contribuição para o estabelecimento de critérios de projeto de estruturas reforçadas com laminados de PRF.

The durability of reinforced concrete structures has been a recurring theme in order to increase the service life of the structures. It is known that concrete is considered a durable material, however, it presents limits concerning the deterioration caused by aggressive agents. In this sense, the recovery of damaged structures becomes relevant and several systems have been proposed as a method of construction reinforcement, among them the Fiber Reinforced Polymer (FRP). The FRP are commonly employed in the external face of the beam through adherence by means of resin, configuring the external bonded reinforcement - EBR (Externally Bonded Reinforcement), however, the simple adherence limits the ability to use much of the tensile strength of the composite due to premature failure of the system. In view of this, prestressing of Fiber Reinforced Polymers has been widely studied as a method of reinforcement of reinforced concrete elements for providing numerous advantages, including the increase of ultimate load and reduction of crack opening. The present work intends to experimentally analyze reinforced concrete beams flexurally strengthened with prestressed CFRP laminates anchored through a non-metallic system. The study was performed with 8 beams of reinforced concrete, which were divided into four groups: specimen beams, simply strengthened with and without anchorage and finally the beams strengthened with prestressed laminate with nonmetallic system. The beams were subjected to a four-point static bending test and evaluated in terms of strength capacity, deformation, prestressing losses, and system failure. The results showed increases of 48.2% in the ultimate load of prestressed beams compared to the control beams, with the application of a prestressing level of 4.10% of the composite tensile strength. The observed prestressing losses were 10.6% of the average applied load for prestressing. Moreover, an analytical comparison of the experimental results was developed, proving to be efficient according to the ratio of 1.03 between theoretical and experimental results, indicating a contribution to the establishment of design criteria for structures strengthened with FRP laminates.