Reforço e reabilitação de estruturas de betão usando materiais compósitos de CFRP

• Type: Thesis
• Date: 1999

Authors

Luís Filipe Pereira Juvandes (Author) FEUP; Joaquim Figueiras (Technical adviser) FEUP

Scientific classification

FOS: Engineering and technology > Civil engineering

CORDIS: Technological sciences > Engineering > Materials engineering ; Technological sciences > Engineering

Associated Institutions

FEUP - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Other information

Resumo (PT): O presente trabalho refere-se ao estudo do reforço à flexão de elementos de betão armado, através da técnica de colagem de armaduras não metálicas do tipo CFRP unidireccionais (Compósitos Reforçados com Fibras de Carbono). Para o efeito, realizou-se um programa de investigação, fundamentalmente experimental, com base em ensaios de flexão de modelos reduzidos de vigas e de faixas de laje, reforçados com dois sistemas de CFRP, que visa discutir e desenvolver esta tecnologia em estruturas de edifícios e de pontes, de betão armado ou pré-esforçado. De modo a permitir uma análise mais coerente da fase experimental, efectuou-se uma revisão bibliográfica sobre o estado do conhecimento, no que concerne à história da técnica de colagem de armaduras exteriores no reforço de estruturas de betão, em geral e ao comportamento de estruturas reforçadas por colagem de compósitos de CFRP unidireccional, em particular. Pretendeu-se adquirir conhecimentos que permitam esclarecer sobre aspectos como os modos de ruína gerais e o comportamento da ligação entre o betão, o adesivo e o compósito. Apresenta-se a análise experimental efectuada no Laboratório de Estruturas da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (DECivil - FEUP), dividida em duas etapas principais. Na primeira, descrevem-se os ensaios realizados num conjunto de três séries de vigas tipo, reforçadas exteriormente por colagem de laminados pré-fabricados de carbono, com a referência CarboDur S 512. Em cada série analisaram-se, além do modo de ruína os parâmetros que influenciam o comportamento estrutural, tais como o comprimento de ancoragem, o tipo de preparação da superfície, a distribuição das tensões de corte na ligação betão-compósito e o grau de deterioração do betão. Na segunda etapa, avalia-se a eficiência do reforço de modelos de três séries de faixas de laje com dois sistemas de CFRP unidireccional, o laminado pré-fabricado (CarboDur S 512) e a manta flexível e pré-impregnada (Replark 20). Esta fase resultou de um projecto de I & D em consórcio com a Junta Autónoma das Estradas (J. A. E.), com vista a analisar a viabilidade do reforço da laje superior do tabuleiro da "Ponte de Nossa Senhora do Guia" (em Ponte de Lima) com a aplicação destes sistemas. Realizou-se, complementarmente, a caracterização das tensões de aderência das ligações coladas à superfície do betão, para diferentes casos de tratamento superficial como a limpeza com o martelo de agulhas, o esmeril e o jacto de areia e, posteriormente, com ou sem aplicação de um primário, através da realização de ensaios de arrancamento por tracção nas vigas, nas faixas de laje e num grupo de prismas. Finalmente, indicam-se as principais conclusões e recomendações sobre a técnica de colagem de sistemas de CFRP e salientam-se algumas perspectivas de desenvolvimento futuro.

Abstract (EN): This present work refers to the study of bend strengthening of reinforced concrete elements through bonding of advanced materials such as unidirecional Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), with the use of an epoxy adhesive. A research programme was carried out to develop this strengthening technology for retrofit or rehabilitation of concrete structures such as buildings and bridges. This programme was based on bending tests of scale-reduced beams and slab strips previously strengthened with CFRP. The first part of this work includes the state-of-art concerning FRP composites. Some aspects are more emphasised, such as the history of bonding with external reinforcement for strengthening of concrete structures, particularly the behaviour of reinforced structures by bonding of unidirectional CFRP composites. Issues such as modes of failure and the behaviour of bond between concrete, adhesive and composite were characterised. A second part describes experimental research developed at the Structures Laboratory of the "Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (DECivil FEUP)". This part is divided into two phases. The first phase consists of the description of tests carried out on three series of beams previously flexure strengthened by bonding ready-to-use carbon laminates (CarboDur S 512). Other than faileur mechanisms, various aspects that influence the structural behaviour were considered for each beam series, such as the anchorage length, the type of surface preparation, the bond stress distribution at the concrete-composite interface and the degree of concrete deterioration. The following phase deals with the assessment of the strengthening of scale-reduced slab strips with two different unidirectional CFRP systems regarding its efficiency. These systems consist of the readyto- use laminates (CarboDur S 512) and the prepreg sheet (Replark 20). The studies described in this phase led to a joint R & D project with the "Junta Autónoma das Estradas (J. A. E.)", to assess the applicability of these systems for strengthening the top slab of the "Nossa Senhora da Guia" bridge at "Ponte de Lima" city. A further study comprised a thorough investigation into adhesion at the interface composite-adhesiveconcrete. Different surface treatments were considered such as preparation with a needle hammer, sand paper and sand blasting followed or not by further application of a primary. Pull-off tests were carried out on beams, on slab strips and on concrete prismatic specimens with the different surface treatments. Finally, conclusions are drawn out and recommendations concerning the bonding technique for CFRP systems are presented. Work to be developed in the future is also suggested.

Language: Portuguese

Type (Professor's evaluation): Scientific

No. of pages: 400