Factores que influenciam o desempenho da ligação GFRP/betão David Lucas 1 , Hugo C. Biscaia 2 , M. A. Gonçalves da Silva 3 e Carlos Chastre 4 1. Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]2. UNIC, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]3. UNIC, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]4. UNIC, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]
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Factores que influenciam o desempenho da ligação GFRP/betão
David Lucas1, Hugo C. Biscaia2, M. A. Gonçalves da Silva3 e Carlos Chastre4
1. Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]. UNIC, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]. UNIC, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]. UNIC, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829 516 Caparica, Portugal. [email protected]
1. Introdução
2. Programa experimental (materiais, ensaios de corte duplo)
3. Resultados experimentais (forças máximas, comprimento efectivo, tensões de aderência, leis bond‐slip, superfícies de ruptura)
4. Modelação numérica
5. Modelação computacional
6. Análise e interpretação de resultados
7. Principais conclusões
RESUMO DA APRESENTAÇÃO:
INTRODUÇÃO PROGRAMA EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕES
1. Comprimento de colagem do GFRP;
2. Tipo de preparação da superfície de colagem;
3. Resistência à tracção do betão;
4. Exposição a agentes ambientais agressivos;
5. Campo de tensões gerado na interface e vizinhança.
Distinguem‐se os seguintes factores que influenciam o desempenho da ligação FRP/betão:
INTRODUÇÃO PROGRAMA EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕES
Ensaios de corte duplo Consiste na aplicação de uma força dearrancamento através de um cilindrohidráulico que pressiona uma peçasemi-circular de betão e teve a força dereacção na base do cilindro medida porcélula de carga colocada na parte de trásdo cilindro.
Nos casos em que se impôs uma tensão decompressão à ligação GFRP/betão oesquema de ensaio foi ligeiramentealterado.
Os provetes sujeitos a corte duplo sãocompostos por cubos ou prismas de betãocom arestas nunca inferiores a 150mm eem que se colou, após preparação desuperfície, uma faixa de compósito deGFRP unidireccional com 80mm de largurae com 2 camadas (1,27mm por camada) deespessura.
INTRODUÇÃO PROGRAMA EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕES
Ensaios de corte duplo
1. Tipo de preparação de superfície: (a) sem tratamento, (b) rebarbadora e (c)
jacto de areia seca (com 4bar de pressão);
2. Diferentes comprimentos de colagem (Lb): 60, 75, 100, 150 e 200mm;
3. Nos provetes com Lb=150mm, aplicou-se pressão uniforme externa (), para
valores =0; 0,5 e 1,0MPa;
4. Quatro betões diferentes.
Analisou‐se:
Sem tratamento Rebarbadora Jacto de areia superficial Jacto de areia profundo
INTRODUÇÃO PROGRAMA EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕES
Materiais
Quatro classes de resistência:
C12/15, C25/30, C30/37 e C45/55.
Betões:
Compósito de GFRP:
Propriedades mecânicas:
Extensão na ruptura média de 2,20% e tensão na
ruptura média de 513,9MPa.
Módulo de elasticidade igual a 23,49GPa.0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,00
100
200
300
400
500
600
ff (MPa)
f (%)
0 25 50 75 100 125 150 175 200 2250
5
10
15
20
25
30
Força máxim
a, F
max (k
N)
Comprimento de colagem, Lb (mm)
C12/15 C25/30 C30/37 C45/55Jacto de areia
INTRODUÇÃO RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕES
Forças máximas transmitidas ao GFRP (Fmax)
PROGRAMA EXPERIMENTAL
0 25 50 75 100 125 150 175 200 2250
5
10
15
20
25
30
Força máxim
a, F
max (k
N)
Comprimento de colagem, Lb (mm)
C25/30 C30/37Sem tratamento
0 25 50 75 100 125 150 175 200 2250
5
10
15
20
25
30
Força máxim
a, F
max (k
N)
Comprimento de colagem, Lb (mm)
C25/30 C30/37Rebarbadora
Jacto de areia profundo.
Comprimento efectivo (Lef)1. A diferenciação entre os tipos de tratamento de superfície não permitiu
identificar grandes diferenças.
2. Os comprimentos efectivos para cada uma das situações estudadas situa-se
entre os 100mm e os 150mm.
INTRODUÇÃO RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕES
Tensões de aderência máxima (max)
PROGRAMA EXPERIMENTAL
Superfícies de ruptura (provetes com Lb=75mm)
Betão Preparação de superfície
τmax[MPa]
C12/15 Jacto de areia 2,02
C25/30 Sem tratamento 3,02
C25/30 Jacto de areia 3,48
C25/30 Rebarbadora 3,12
C30/37 Sem tratamento 3,17
C30/37 Jacto de areia 3,37
C30/37 Rebarbadora 3,39
C45/55 Jacto de areia exagerado 1,53
C45/55 Jacto de areia 2,74
Sem tratamento Jacto de areia Rebarbadora
Fmax = 17,7kN Fmax = 14,5kN Fmax = 13,0kN
0,0 0,5 1,0 1,5 2,00
1
2
3
4
= m
ax/med
= Lb/Lt
ff
ctmb
ff
ctmb tE
fcLtEfcL 22
med
max
2coth
2
bf LbF
med
Leis de bond‐slip (‐s)
0,00 0,25 0,50 0,75 1,000
1
2
3
4
Slip, s (mm)
Tensão de ad
erência, (M
Pa)
Jacto de areia
C30/37 C25/30
0,00 0,25 0,50 0,75 1,000
1
2
3
4
Rebarbadora
Slip, s (mm)
Tensão de ad
erência, (M
Pa)
C30/37 C25/30
Betão Preparação de superfície B [mm‐1] GF [N/mm] τmax [MPa] smax [mm]
C25/30 Jacto de areia 12,5 0,627 3,92 0,055
C30/37 Jacto de areia 12,3 0,600 3,70 0,056
C25/30 Rebarbadora 10,2 0,612 3,11 0,068
C30/37 Rebarbadora 10,2 0,712 3,62 0,068
2
2max ff
F
tEG
Energia de fractura:
INTRODUÇÃO RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕESPROGRAMA
EXPERIMENTAL
Leis bond‐slip (‐s)
INTRODUÇÃO MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕESPROGRAMA
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕESPROGRAMA
EXPERIMENTALRESULTADOS
EXPERIMENTAIS
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50
5
10
15
20
25
Fo
rça
trans
miti
da a
o G
FRP,
F (k
N)
Slip na extremidade solicitada, s (mm)
Lb=150mm
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6150
125
100
75
50
25
0Fmax
C
ompr
imen
to d
e co
lage
m, L
b (m
m)
Extensões no compósito de GFRP, (%)0 1 2 3 4
150
125
100
75
50
25
0
C
ompr
imen
to d
e co
lage
m, L
b (m
m)
Tensões de aderência, (MPa)
Fmax
0 25 50 75 100 125 150 175 2000
5
10
15
20
25
Fo
rça,
F (k
N)
Comprimento colado, Lb (mm)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5150
125
100
75
50
25
0Fmax
C
ompr
imen
to d
e co
lage
m, L
b (m
m)
Slip, s (mm)
C25/30 - Jacto de areia C30/37 - Jacto de areia C25/30 - Rebarbadora C30/37 - Rebarbadora
INTRODUÇÃO MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕESPROGRAMA
EXPERIMENTALRESULTADOS
EXPERIMENTAISMODELAÇÃO NUMÉRICA
ATENA 3D Tensões de aderência
Tensões longitudinais no compósito de GFRP
Malha de elementos finitos
1. Modelo com 150mm de comprimento de colagem;
2. Betão C30/37;3. Preparação da superfície
com jacto de areia.
INTRODUÇÃO ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS CONCLUSÕESPROGRAMA
EXPERIMENTALRESULTADOS
EXPERIMENTAISMODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20
Fo
rça
máx
ima,
Fm
ax (k
N)
Tensão de tracção média do betão, fctm (MPa)
0 1 2 3 4 50
4
8
12
16
Te
nsão
de
ader
ênci
a m
áxim
a, m
ax (M
Pa)
Tensão de tracção média do betão, fctm (MPa)
Comparação com os códigos/normasBetão Preparação
de superfícieExperimental Análise numérica
Fmax [kN] Fmax [kN] Erro [%]
C25/30 Jacto de areia 21,6 21,1 ‐2,3
C30/37 Jacto de areia 20,9 20,7 ‐1,0
C25/30 Rebarbadora 22,0 20,6 ‐6,4
C30/37 Rebarbadora 21,1 22,4 6,2
Sem tratamento Jacto de areia Rebarbadora CIDAR (1) [12] CIDAR (2) [12] CNR‐DT [13] JCI [14] Boletim 14 da fib [15]
INTRODUÇÃO CONCLUSÕESPROGRAMA EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
MODELAÇÃO NUMÉRICA
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS
1. No caso do betão de resistência mais baixa, as superfícies de betão que foramtratadas por jacto de areia tiveram maiores forças na ruptura, isto é, os métodosde tratamento que induziram maior rugosidade à superfície proporcionam umaligação GFRP/betão mais eficiente;
2. Os comprimentos efectivos da ligação GFRP/betão (Lef) cujo tratamento desuperfície de betão foi feito por rebarbadora são maiores do que numa superfíciesujeita a tratamento por jacto de areia.
3. Quando se procedeu à preparação da superfície de betão, as superfícies deruptura obtidas foram essencialmente coesivas pelo betão. Nos provetes semtratamento de superfície, as superfícies de ruptura evidenciaram, em algumaspartes da ligação, uma ruptura mais do tipo adesivo (pela interface).
4. As leis bond-slip nos provetes sujeitos ao jacto de areia não sofreram variaçõessignificativas com a classe de resistência do betão ao invés, no tratamento porrebarbadora evidenciaram um aumento da tensão de aderência máxima (max) edo slip máximo (smax).
