Índice de figuras
10 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O DESEMPENHO E A MODELAÇÃO DA LIGAÇÃO FRP/BETÃO
2.5. CARACTERIZAÇÃO E COMPORTAMENTO DA LIGAÇÃO FRP/BETÃO 43
isso, o perfil metálico permite colocar uma peça ajustável de maneira a originar um desnível inicial entre o bloco de betão e o perfil, permitindo realizar um estudo mais abrangente e mais real do processo de descolamento do compósito de FRP já que, ao induzir‐se à ligação FRP/betão não só apenas as forças de corte que estão associadas ao Modo I de fractura está‐se também a introduzir forças de arrancamento que estão associadas ao Modo II de fractura, conseguindo‐se assim, reproduzir com mais rigor a abertura de uma fenda por corte/flexão.
Esta última vantagem está bem traduzida no trabalho de Pan e Leung [101] em que o estudo se baseia na modelação numérica da ligação CFRP/betão quando submetida a uma combinação de forças de corte e de arrancamento. Os autores compararam ainda o Modo I de fractura com o Modo Misto (I+II) impondo inicialmente três diferentes desníveis de 0, 4 e 8mm entre a ligação no bloco de betão e a ligação no perfil metálico. O efeito do comprimento de colagem e o número de camadas de compósito de CFRP foram também outros factores estudados. Esta metodologia revelou, como seria de prever pela presença forçada de tensões normais de tracção à superfície de colagem, que a força de ancoragem máxima para um modo misto é menor quando comparada com a força de ancoragem máxima conseguida aquando da mobilização isolada do Modo I de fractura. O aumento do desnível entre as ligações produziu ainda uma maior diminuição nas forças máximas ancoradas de CFRP. Saliente‐se neste estudo que, no caso dos provetes cujo comprimento de colagem foi de 150mm e formados por duas camadas de CFRP, o desnível inicial de 8mm entre as ligações (CFRP/betão e CFRP/perfil metálico) levou a que a força máxima transmitida ao compósito de CFRP decrescesse cerca de 42,6% da força máxima obtida para os provetes sem desníveis entre as interfaces. Mais concretamente, passou‐se de uma situação em que a força máxima no compósito de CFRP foi 11,9kN (com desnível inicial de 0mm ‐ em Modo I) para uma força máxima no CFRP de apenas 6,8kN (com desnível inicial de 8mm ‐ em Modo I+II). Refira‐se por fim, que para se efectivar a ruptura no lado do bloco de betão devem ser adoptadas medidas preventivas no sentido de eliminar, pela raiz, outros possíveis modos de ruptura que possam perturbar o objectivo inicial de estudo. As rupturas associadas do lado do perfil metálico devem ser por conseguinte evitadas pelo que, se devem adoptar ancoragens mecânicas de maneira a que complementem ou dispensem a ancoragem de aderência. O facto de se prever unicamente uma ancoragem mecânica no perfil metálico poderá vir a facilitar o reaproveitamento e reutilização de um único perfil durante a campanha experimental de ensaios.
2.5. Caracterização e comportamento da ligação FRP/betão
Uma ligação entre um elemento estrutural de betão e um reforço exterior caracteriza‐se essencialmente pela capacidade de aderência (tensões de corte ou de aderência) que se consegue mobilizar ao longo desse reforço. No caso de ficar comprometida a mobilização de qualquer aderência entre os materiais colados, também não se deverá insistir no reforço estrutural por compósitos de FRP. Esta dependência no desenvolvimento das tensões de aderência na ligação FRP/betão depende da classe de resistência do betão e traduz‐se no aumento das tensões de aderência quando a classe de resistência do betão também aumenta. Os deslocamentos relativos entre os elementos da ligação tendem a diminuir quando aumenta a tensão de compressão do betão [18].44 CAPÍTULO 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O DESEMPENHO E A MODELAÇÃO DA LIGAÇÃO FRP/BETÃO As tensões de aderência que se desenvolvem ao longo do reforço dependem do deslocamento relativo (ou simplesmente deslizamento) entre os materiais havendo diferentes modelos que aproximam o comportamento da ligação FRP/betão através das chamadas leis bond‐slip (ver Figura 2.21). Estas leis são definidas por diversas e distintas funções geralmente encontradas na literatura [34, 66, 102‐105] e todas elas pretendem descrever, com maior ou menor aproximação à realidade, o comportamento local das tensões de aderência. Os investigadores têm escolhido uma ou outra lei por forma, sobretudo, quanto à conveniência da sua utilização, isto é, quanto à sua facilidade em poder descrever o problema físico de forma matematicamente mais simples. Nesta perspectiva, destaca‐se a lei bond‐slip linear representada na Figura 2.21a que assume um comportamento exclusivamente elástico e linear da ligação entre os dois elementos da ligação. A lei linear pode descrever muito bem a distribuição das tensões de aderência na ligação durante a fase elástica e linear dos materiais, isto é, antes de se atingir a tensão de aderência máxima mas não consegue prever a distribuição das tensões de aderência durante o regime não linear do betão. Com o surgimento de teorias não lineares que traduzem o comportamento do betão e a introdução dos mecanismos de fractura não lineares (NLFM), o comportamento pós‐pico tornou‐se mais relevante. Como já se referiu anteriormente, a ideia principal destas teorias reside na consideração que uma vez atingida a tensão de aderência máxima, é ainda possível ocorrer a transferência de forças através da ligação entre os agregados, quando o modo de ruína é governado pela coesão entre os agregados.
Ainda na Figura 2.21, a hipótese b) descreve, aquando da obtenção da tensão de aderência máxima, uma queda da tensão de aderência para um valor residual da tensão de aderência (R) mantendo‐se constante até atingir‐se o deslizamento último. Esta hipótese é mais apropriada para descrever o comportamento de um betão reforçado com fibras de aço mas pouco apropriada para usar em ligações coladas. Por outro lado, a hipótese c) apresenta uma relação bond‐slip elasto‐plástica perfeita pouco apropriada para descrever o comportamento frágil dos materiais. A hipótese d), é a hipótese mais comum na literatura. A tensão de aderência aumenta linearmente até atingir o seu valor máximo decrescendo também de forma linear até atingir‐se o valor de deslizamento último. A hipótese quadrática e) pode ser combinada com outras funções para traduzir‐se o ramo ascendente. De notar que quando =1 obtém‐se uma relação linear. Por fim, a hipótese f) consiste na adopção de uma função exponencial que descreve o comportamento nas fases de pré e pós‐pico pelo que, apenas é necessário conhecer apenas dois parâmetros: (i) tensão de aderência máxima; e (ii) deslizamento máximo (deslizamento correspondente à tensão de aderência máxima). Noutras leis, para além dos parâmetros já enumerados, há a necessidade de se definir ainda o deslizamento último da lei bond‐slip para se descrever o comportamento não linear da ligação [102]. Uma alternativa à hipótese exponencial f) mantendo os mesmos parâmetros a conhecer foi utilizada em 2001 por Nakaba [66] através da proposta de Popovics [106] baseada numa aproximação à relação tensão‐extensão do betão e que é adaptada ao problema da aderência entre dois materiais de acordo com a expressão: