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10 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O DESEMPENHO E A MODELAÇÃO DA LIGAÇÃO FRP/BETÃO
2.8. DURABILIDADE DA LIGAÇÃO FRP/BETÃO 71
2.8.2. Exposição a soluções químicas
As exposições a soluções químicas podem ser divididas essencialmente em soluções do tipo salino e soluções do tipo alcalino. As primeiras consistem, conforme o próprio nome indica, em submeter o compósito de FRP a ambientes, líquidos ou gasosos, em que os cloretos de sódio (NaCl) predominam. Por outro lado, a soluções alcalinas baseiam‐se essencialmente em colocar em contacto com o compósito de FRP soluções químicas alcalinas (por exemplo, hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 ou hidróxido de sódio,
NaOH cujos pH variam entre 12 a 13,5) ou colocar o FRP em contacto com o betão. De acordo com Karbhari et al. [144] grande parte dos estudos existentes na literatura utiliza os compósitos de FRP em forma de laminados de barras circulares atribuindo a degradação do compósito à combinação de mais do que um mecanismo como hidrólise ou lixiviação. Karbhari et al. [144] referem ainda que apesar da resina envolver os filamentos da fibra e que, por inerência, conseguisse proteger a fibra, na realidade o que se constata é que a degradação da ligação fibra/resina é acelerada bem como a própria resina, especialmente se esta não se encontrar totalmente curada. A influência das soluções salinas assume uma grande importância no panorama da durabilidade dos materiais compósitos uma vez que, muitas estruturas encontram‐se junto ao mar e estão diariamente expostas a ambientes salinos. Por motivos óbvios, o recurso aos materiais compósitos está desta forma em franca vantagem quando comparados às técnicas de reforço mais tradicionais como é, por exemplo, a aplicação exterior de chapas metálicas. Sendo o ambiente salino um ambiente extremamente agressivo para as chapas de aço, uma boa resistência dos compósitos de FRP ao sal torna‐se muito importante. Mais ainda, o compósito de FRP confere à estrutura de betão armado uma barreira à penetração de sais protegendo as armaduras da corrosão. Neste contexto, três situações assumem‐se como potencialmente mais agressivas para o FRP. São elas: (i) ciclos seco/molhado; (ii) imersão total; e (iii) ciclos de humidade salina ou de nevoeiro salino. Mukhopadhyaya et al. [90] realizaram um estudo sobre a influência dos ciclos de seco/molhado (em solução salina com 5% de concentração de NaCl) na ligação GFRP/betão. Estes ciclos tiveram a duração de 36 semanas (6048 horas) com 1 ciclo a corresponder a uma semana a seco e uma semana com os provetes submersos na solução salina. Dois tipos de betões foram utilizados e aos 28 dias as resistências à compressão de provetes cúbicos eram de 37,1MPa e 48,6MPa. Os resultados revelaram que as forças máximas transmitidas ao GFRP tiveram um aumento médio de 11,1% nos provetes com betão de menor resistência e um aumento de 5,8% nos provetes com betão de maior resistência quando comparados com os respectivos provetes de referência (sem envelhecimento). No entanto, a tensão de aderência máxima desenvolvida na ligação sofreu uma diminuição em cerca de 12,4% nos provetes com betão de menor resistência. Nos provetes com betão de maior resistência verificou‐se um aumento em cerca de 10,6%. Os resultados apresentaram ainda alguma dispersão, refira‐se, por exemplo, o caso dos provetes com betão de menor resistência em que a tensão de aderência máxima variou entre os 2,50MPa e os 6,11MPa. As dispersões de resultados obtidas foram atribuídas ao tempo de envelhecimento imposto aos provetes. De acordo com Mukhopadhyaya et al. [90], o tempo de envelhecimento dos provetes foi considerado curto, tendo os autores concluído que a exposição aos ciclos seco/molhado não ter sido suficiente para afectar a resistência global da ligação e daí, os resultados
72 CAPÍTULO 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O DESEMPENHO E A MODELAÇÃO DA LIGAÇÃO FRP/BETÃO mais adversos dos ensaios. No entanto, refira‐se ainda que a disposição dos extensómetros considerada não foi uma disposição regular entre eles o que, no estudo do desempenho da ligação pode também contribuir para a dispersão de resultados encontrada. Num comprimento de colagem de 200mm, foram colados 5 extensómetros tendo os autores adoptado, para a região de aplicação das cargas, um espaçamento mais curto entre extensómetros quando comparado com o espaçamento adoptado para a região oposta (entre os 15mm e os 50mm de espaçamento). Repare‐se que, por exemplo, no cálculo experimental das tensões de aderência máximas, a consideração de uma distribuição de tensões de aderência uniforme entre extensómetros consecutivos pode dessimular os reais valores daquelas tensões. As tensões de aderência ao migrarem para as regiões opostas à aplicação das cargas deixam de ser experimentalmente quantificadas de igual modo quando comparadas com igual cálculo em estágios de carga mais baixos nos quais as tensões de aderência máximas se desenvolvem nas regiões junto à aplicação das cargas exteriores.
De acordo com a simulação 3D da difusão da humidade na ligação CFRP/betão realizada por Ching e Büyüköztürk [139], a saturação na ligação é atingida nunca antes dos 200 dias de exposição. Estes autores verificaram ainda que quer nos ensaios de arrancamento quer nos ensaios de corte realizados, os modos de ruptura mudavam (de ruptura coesiva pelo betão para ruptura adesiva pela interface) a partir da oitava semana de exposição. Este resultado, de acordo com a simulação realizada por Ching e Büyüköztürk [139], corresponde a uma saturação da interface em aproximadamente 50%. No entanto, os resultados obtidos concentraram‐se em apenas um tipo de resina epoxídica. A alteração do tipo de resina ou recorrendo inclusivamente a resinas que curam sob o efeito da humidade (tais como resinas epoxídicas de utilização subaquática) podem suscitar uma alteração do tempo necessário para se conseguir obter uma mudança nos modos de ruptura.
Toutanji e Gómez [145] levaram a cabo um estudo sobre o efeito de ciclos de marés em vigas de betão armado exteriormente reforçadas com compósitos de CFRP e GFRP. Os autores utilizaram ainda 3 tipos de resinas epoxídicas na colagem dos compósitos tendo realizado no total 56 ensaios de flexão de quatro pontos. As vigas, de secção quadrada de 50×50mm e vão de 300mm, foram igualmente divididas em dois grupos. O primeiro grupo de 28 vigas foi submetido a 300 ciclos de marés que consistiam em 4 horas de imersão em água salina a 3,5% (35g por cada litro de água) seguidas de 2 horas de secagem durante 75 dias de exposição. Os resultados foram comparados com vigas não reforçadas e envelhecidas em iguais períodos de exposição. As restantes 28 vigas foram condicionadas à temperatura de 35°C e a 90% de humidade relativa e serviram como referência às vigas expostas a ciclos seco/molhado. Os resultados revelaram que, comparando com as vigas não reforçadas, o incremento das cargas de ruptura verificado para as vigas expostas a ciclos seco/molhado foi menor do que nas vigas de referência. Os valores variaram assim entre 2,1kN (com reforço de GFRP) até 4,4kN (com reforço de CFRP) nas vigas submetidas a ciclos ciclo/molhado enquanto que nas vigas de referência os valores variaram entre 4,8kN (com reforço de GFRP) até 11,3kN (com reforço de CFRP). O modo de ruptura verificado por Toutanji e Gómez [145] nos provetes expostos a ciclos seco/molhado foi um modo de ruptura do tipo adesivo, ou seja, pela interface da ligação FRP/betão. Este resultado foi aliás coerente com os resultados obtidos noutros trabalhos encontrados na literatura [17, 18, 82, 88, 139]. Os autores justificaram, com base no modo de ruína adesivo, o menor