Objectivos da tese

Biscaia (2006) [18] e cujas vigas de betão armado foram exteriormente reforçadas com  compósitos de CFRP e de GFRP, respectivamente. 

  No  panorama  internacional,  para  além  de  muitos  trabalhos  experimentais,  tem‐se assistido ao recurso crescente a programas de cálculo automático para modelar o  reforço  de  elementos  estruturais  de  betão  armado  e,  em  especial,  à  modelação  do  comportamento  não  linear  da  ligação  entre  o  compósito  de  FRP  e  o  betão.  Saouma  (2007) [19], em colaboração com outros investigadores australianos, tem desenvolvido  alguns  conceitos  teóricos  para  modelar  os  modos  de  fractura  da  ligação  entre  o  compósito de FRP e o betão que estão implementadas no programa de cálculo MERLIN  II [20]. 

  O conhecimento da durabilidade do reforço estrutural através de compósitos de  FRP,  por  colagem  externa,  carece  ainda  de  investigação  que  permita  esclarecer  mecanismos  de  degradação  e  a  sua  correlação  com  as  causas  e  parâmetros  que  as  caracterizem.  Em  particular,  o  comportamento  da  aderência  entre  FRP‐adesivo‐betão  acrescenta dificuldades adicionais, face à relativa escassez de dados sobre o modo como  se degrada e pode comprometer o reforço estrutural. Neste domínio, alguns trabalhos  com compósitos de FRP têm sido desenvolvidos nas Universidades dos Estados Unidos  da  América.  Na  Universidade  da  Califórnia,  em  San  Diego,  Karbhari  [21‐24]  desenvolveu trabalho com compósitos de FRP em especial na durabilidade de materiais  compósitos.  Na  Universidade  do  Colorado,  refira‐se  o  trabalho  de  Cusson  e  Xi  (2002)  [25] que realizaram ensaios de tracção com compósitos de CFRP e de GFRP submetidos  a  ciclos  de  gelo  e  degelo  (de  ‐29°C  a  +20°C).  No  Instituto  de  Tecnologia  de  Massachusetts,  Büyüköztürk  (2007)  [26]  tem  realizado  estudos  experimentais  e  de  modelação  computacional  sobre  o  efeito  da  humidade  na  ligação  entre  materiais  compósitos e o betão. 

  Na  Austrália,  Oehlers  e  Seracino  [27]  da  Universidade  de  Adelaide  deram  um  grande contributo no estudo do comportamento da ligação entre um FRP e o betão.    Outro  grande  contributo  vem  da  Universidade  de  Hokkaido,  no  Japão,  onde  Ueda e Dai [4, 30] têm um vasto trabalho na modelação numérica da ligação entre um  FRP e o betão. 

  Na Europa, Portugal, Grécia e Itália têm sido os países que mais têm contribuído  com  diversos  estudos  sobre  o  comportamento  da  ligação  FRP/betão.  Refira‐se,  por  exemplo,  em  Itália,  Savoia  e  Ferracuti  (2005)  [31,  32]  da  Universidade  de  Bolonha,  Ferretti [33] da Universidade de Parma; e Faella e Martinelli [34, 35] da Universidade de  Salerno. Na Grécia, destaca‐se o trabalho de Triantafillou e Antonopoulos [36] ambos da  Universidade de Patras.

1.2. Objectivos da tese

O  presente  trabalho  incide  no  estudo  da  degradação  da  aderência  na  ligação  GFRP/betão em vigas de betão armado e na consequente interpretação do desempenho  da  ligação  GFRP/betão,  mesmo  quando  submetidas  a  ambientes  adversos  de  envelhecimento acelerado. A análise da ligação GFRP/betão através de ensaios de corte  duplo sobre diferentes ciclos de envelhecimento é também estudada. 

  A  necessidade  de  se  realizar  mais  investigação  na  área  da  durabilidade  de  estruturas  de  betão  exteriormente  reforçadas  com  compósitos  de  FRP  resulta  de  uma 

6    CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO 

série de questões que se colocam a um projectista ou à comunidade científica da área de  reforço  estrutural.  Por  exemplo,  questões  como  os  efeitos  da  exposição  da  ligação  FRP/betão  a  ambientes  severos  designadamente  ciclos  de  nevoeiro  salino,  ciclos  de  marés, ciclos de temperatura e de humidade, combinados ou não com a acção de sais,  são ainda pouco conhecidos e considerados de forma pouco fundamentada nos códigos  ou normas da especialidade. 

  Decorre  das  situações  descritas,  a  importância  de  aprofundar  conhecimentos  nestes tópicos através de estudos que incluam envelhecimento acelerado e que gerem  resultados  e  interpretações  que  sirvam  de  base  para  aplicação  mais  sustentada  desta  técnica de reforço estrutural em vigas e lajes. 

  Assim,  na  procura  de  algumas  respostas  a  estas  questões  foram  seguidas  orientações que permitem definir os principais objectivos deste trabalho tais como:   

• Conceber e testar provetes reforçados por compósitos de fibra de vidro em matriz  epoxídica  (GFRP)  que  permitam  avaliar  a  evolução  temporal  de  variáveis  caracterizadoras  da  aderência  quando  sujeita  a  agentes  ambientais  controlados  de  modo acelerado;  

• Definir  essas  condições  ambientais  de  modo  a  possibilitar  a  extrapolação  para  os  casos de envelhecimento natural e procurar estabelecer essas relações; 

• Incluir  no  programa  de  envelhecimento  artificial  ciclos  de  temperatura,  ciclos  de  nevoeiro salino e imersão em água 5% salina; 

• Estudar  a  influência  dos  envelhecimentos  considerados  na  alínea  anterior  na  capacidade  resistente  dos  provetes  reforçados  com  compósito  de  GFRP  quando  submetidos à flexão; 

• Fazer  o  estudo  da  degradação  do  comportamento  resistente  de  provetes  de  GFRP  sujeitos aos mesmos tipos de envelhecimento e da variação da sua temperatura de  transição vítrea; 

• Analisar a variação das características mecânicas do betão sujeito a nevoeiro salino e  a imersão em água salgada; 

• Colectar  e  comparar  os  efeitos  separados  do  envelhecimento  sobre  os  provetes  planos  de  GFRP  e  sobre  os  cubos  de  betão  com  os  efeitos  no  sistema  flectido  GFRP/betão  e  extracção  de  conclusões  tendo  em  conta  os  mecanismos  de  ruptura  achados e as degradações de cada um dos três casos; 

• Aperfeiçoar  modelo  computacional  a  três  dimensões  de  modo  a  representar  de  modo  adequado  o  comportamento  dos  provetes  não  envelhecidos  e  envelhecidos  quando levados à ruptura por flexão;  • Procurar modelar computacionalmente a degradação do sistema estrutural, através  da consideração das modificações das propriedades dos materiais betão e GFRP;  • Propor ajustes nas recomendações dos códigos de modo a levar em conta os efeitos  da degradação por envelhecimento dos materiais estudados.    Para o efeito, foi idealizado uma campanha de ensaios que permitiu realizar 44 ensaios à  flexão  de  três  pontos  de  vigas  de  secção  rectangular  com  570mm  de  vão  e  realizar  o  ensaio  de  3  vigas  à  flexão  de  quatro  pontos  de  secção  transversal  em  T  e  vão  de  3000mm.  Complementariamente  às  vigas,  foram  também  concebidos  64  provetes  de  betão  colados  com  compósito  de  GFRP  para  ensaiar  ao  corte  de  modo  a  permitir  a  quantificação de alguns parâmetros de suporte à análise computacional. Os ensaios de 

1.3. ORGANIZAÇÃO DA TESE    7    corte realizados pretendem, por um lado fornecer dados para a análise computacional,  por outro posssibilitam a validação do uso do programa de cálculo automático aquando  da fase de projecto, permitindo ao projectista a sua utilização mediante a adopção de  metodologias e a quantificação de parâmetros inerentes a um reforço de vigas de betão  armado com compósitos de GFRP que neste trabalho se pretendem esclarecer.    Este estudo surgiu na sequência da investigação realizada anteriormente [18] e  da  necessidade  crescente  em  adquirir  conhecimentos  mais  aprofundados  e  mais  representativos da degradação duma ligação GFRP/betão. A modelação computacional  efectuada em [18] contemplava apenas o recurso a modelos bidimensionais sendo que,  havendo  actualmente  disponível  uma  versão  tridimensional  se  tenha  optado  por  esta  solução a 3D. Esta abordagem levou a que a modelação da ligação GFRP/betão tivesse  que  ter  uma  abordagem  completamente  distinta  de  [18].  Se  antes  se  tinha  adoptado  barras de secção circular equivalentes à área da secção de reforço para simular o reforço  de GFRP associando‐lhes uma lei do tipo bond‐slip, agora utilizaram‐se elementos finitos  de interface que permitem simular uma ligação entre dois elementos. 

  Todo  o  trabalho  experimental  foi  levado  a  cabo  nos  Laboratórios  do  Departamento de Engenharia Civil da Universidade Nova de Lisboa. 

1.3. Organização da tese

Este documento está dividido em 7 capítulos incluindo a introdução e as conclusões.    No  Capítulo  2,  faz‐se  um  estado  da  arte  sobre  comportamento  e  modelação  numérica  de  interfaces  coladas  entre  elementos  estruturais  de  betão  armado  e  compósitos  de  FRP,  tendo  em  especial  atenção  a  degradação  da  ligação  entre  um  compósito e o betão quando sujeito a envelhecimento artificial acelerado. Faz‐se ainda  referência  a  trabalhos  que,  de  certa  forma,  revelam  a  possibilidade  de  extrapolar  as  condições  de  envelhecimento  acelerado  em  laboratório  para  as  condições  naturais  ou  reais a que um reforço exterior por um compósito está sujeito. 

  No  Capítulo  3,  apresenta‐se  a  caracterização  do  comportamento  mecânico  dos  materiais  utilizados  nos  ensaios  de flexão  e  de  corte  realizados.  Os  materiais  testados  foram o betão, o aço e o GFRP. Define‐se ainda todo o programa experimental a que se  recorreu para se avaliar a evolução da degradação da ligação GFRP/betão. 

  No Capítulo 4, são apresentados os resultados experimentais obtidos dos ensaios  de  corte  duplo  realizados  com  o  objectivo  de  caracterizar  a  ligação  GFRP/betão  com  vista  à  fase  posterior  de  modelação  computacional.  Aqui,  foi  também  abordado  uma  análise, interpretação e comparação dos resultados obtidos dos ensaios de corte duplo  em provetes submetidos a diversos tipos de envelhecimento acelerado. 

  No  Capítulo  5  apresentam‐se  e  discutem‐se  os  resultados  experimentais  dos  ensaios  à  flexão  de  três  pontos  das  vigas  de  secção  transversal  rectangular.  Faz‐se  também  uma  comparação  dos  resultados  das  vigas  às  0  horas  (sem  envelhecimento  acelerado)  com  vigas  sujeitas  aos  diferentes  ciclos  de  envelhecimento  acelerado.  O  comportamento  e  desempenho  da  ligação  GFRP/betão  nestas  vigas  de  secção  rectangular é também abordado e discutido. 

  No  Capítulo  6,  apresentam‐se,  interpretam‐se  e  comparam‐se  os  diferentes  resultados  dos  ensaios  experimentais  de  vigas  de  betão  armado  de  secção  transversal  em T. Neste capítulo, foram ensaiadas uma viga sob carregamento monotónico e outra