Coauthored Publications with: Biscaia

Book

Biscaia, HC, Chastre C.  2018.  Theoretical analysis of fracture in double overlap bonded joints with frp composites and thin steel plates, 2018/03/01/. Engineering Fracture Mechanics. 190:435-460. AbstractWebsite

The effective stress transfer between the fiber reinforced polymers (FRP) and the steel substrate is crucial for the successful retrofit of existing steel structures with FRP composites. However, there are no standard tests for FRP-to-steel interfaces, wherefore different test configurations have been used in recent years to assess the bond behaviour in these interfaces. The present study shows that the choice of test configuration is highly important and leads to different transfer stresses between the FRP and steel composites and consequently, has a direct influence on the strength of the bonded joint. Therefore, it is important to understand the debonding process that occurs in each test and avoid misinterpretations, erroneous analyses and dangerous characterizations of the interfacial behaviour of these interfaces. The current study presents a new analytical approach for the prediction of the debonding of FRP-to-steel interfaces when double-lap pull or double-strap tests are used.

Conference Paper

Franco, N, Chastre C, Biscaia H.  2016.  Análise experimental do comportamento à flexão de vigas de betão armado reforçadas com armaduras pós-instaladas de aço inoxidável, 4-6 July 2016. TEST&E 2016 - 1º Congresso de Ensaios e Experimentação em Engenharia Civil. :8., IST, Lisbon, Portugal Abstractteste2016_-_01067_-_noel.pdf

A procura de soluções de reforço mais eficientes que permitam aumentar a capacidade resistente de elementos estruturais sujeitos a flexão levou ao desenvolvimento de um sistema inovador de aplicação de armaduras de reforço coladas pelo exterior. Neste artigo descrevem-se os ensaios experimentais realizados e analisam-se os resultados obtidos com vigas de betão armado reforçadas com armaduras pós-instaladas de aço inoxidável com diferentes técnicas: Externally Bonded Reinforcement (EBR), Near Surface Mounted (NSM) e com o novo sistema de reforço desenvolvido - Continuous Reinforcement Embedded at Ends (CREatE). As vigas ensaiadas monotonicamente até à rotura em flexão de quatro pontos têm seção transversal em T e um vão livre de três metros. No novo sistema de reforço as armaduras são ancoradas por aderência no interior do elemento estrutural, o que associado à utilização de armaduras em aço inoxidável, possibilita aumentos de resistência e ductilidade consideráveis face às técnicas tradicionais de colagem pelo exterior.

Biscaia, H, Franco N, Nunes R, Chastre C.  2016.  Old suspended timber floors flexurally-strengthened with different structural materials. 15th International Conference on Fracture and Damage Mechanics. (Jesús Toribio, Vladislav Mantič, Andrés Sáez, M.H. Ferri Aliabadi, Ed.)., Alicante, Spain Abstract

The design of timber beams has strict limits when it comes to the Serviceability Limit States (SLS) either in short-term or in long-term deflections. In order to face this aspect efficiently, the increase of the cross section of the beams might be considered as a solution. However, the prohibitive increase of the costs associated to this solution or the change of the initial architecturedesign of the building, opens the opportunity to find new and more efficient solutions. In that way, the use of additional reinforcements to the timber beams may be seen as a promising solution because either new or old structures would keep always their original aesthetical aspect with no significant self-weight increase and improving their behaviour to short and long-term actions.Therefore, the current study is dedicated to the analysis of composite timber beams where Fiber Reinforcement Polymers (FRP), steel or stainless steel are used to improve the stiffness, strength and deflection behaviour of old suspended timber floors. An experimental program was conducted where old suspended timber floors reinforced with CFRP strips were subjected to 4-point bending tests. A simplify nonlinear numerical model was developed to simulate the bending behaviour of the specimens and several other cases with other reinforcement configurations and different structural materials were assumed. The numerical analysis herein presented also takes into account both Ultimate and Serviceability Limit States of the reinforced specimens.

Biscaia, H, Chastre C, Cruz D, Franco N, Nunes R.  2016.  Avaliação experimental de diferentes ligações coladas, 4-6 July 2016. TEST&E 2016 - 1º Congresso de Ensaios e Experimentação em Engenharia Civil. :8., IST, Lisbon, Portugal Abstractteste2016_-_01050_-_biscaia.pdf

A utilização de materiais compósitos de matriz polimérica (Fiber Reinforced Polymers - FRP) como armadura de reforço de diferentes elementos estruturas de várias naturezas (e.g. betão armado, aço, madeira ou alvenaria) tem vindo a suscitar o interesse da comunidade científica internacional. Inicialmente, a simples colagem pelo exterior dos compósitos de FRP aos elementos estruturais permitiu identificar um fenómeno de descolamento prematuro do compósito para níveis de extensão muito aquém dos seus limites de rotura. Com base na experimentação, algumas teorias têm surgido no sentido de explicar o fenómeno do descolamento prematuro dos FRPs. Por outro lado, outras técnicas de reforço têm sido propostas com o objetivo de adiar ou simplesmente eliminar esse fenómeno. Neste trabalho, são analisadas diferentes ligações coladas entre laminados de CFRP e outros materiais tais como, o betão armado, o aço e a madeira. Duas técnicas de reforço por colagem vulgarmente citadas na literatura internacional foram utilizadas: Externally Bonded Reinforcement (EBR) e Near Surface Mounted (NSM). Os resultados experimentais permitiram constatar que o desempenho local das ligações estudadas é distinto, tendo-se observado que as relações entre a tensão de aderência e o deslocamento relativo entre superfícies é: (i) na ligação CFRP/betão do tipo não linear e caracteriza-se por, após atingir-se uma tensão de aderência máxima, o descolamento ocorre quando a tensão de aderência tende para zero; (ii) na ligação CFRP/aço o desempenho é do tipo bi-linear, i.e. com um troço inicial retilíneo até atingir-se uma tensão de pico seguindo-se um troço linear descendente até tensão de aderência nula; e (iii) na ligação CFRP/madeira o desempenho é do tipo tri-linear, i.e. similar à ligação CFRP/aço mas com um troço constante a seguir ao troço linear descendente e que se esgota para um deslocamento relativo último.

Franco, N, Chastre C, Biscaia H.  2016.  Análise do desempenho da técnica CREatE para reforço à flexão de vigas de betão armado com armaduras de aço inoxidável, 2-4 November 201. Encontro Nacional Betão Estrutural 2016. :10., FCTUC, Coimbra, Portugal Abstractbe_2016_paper_74_noel__franco.pdf

Neste artigo apresentam-se as principais características da técnica de reforço Continuous Reinforcement Embedded at Ends (CREatE), os procedimentos de aplicação e as vantagens e limitações da sua utilização. Apresentam-se também os resultados dos ensaios realizados para avaliar o desempenho desta técnica no reforço à flexão de vigas de betão armado com secção transversal em T, reforçadas com armaduras pós-instaladas de aço inoxidável, coladas pelo exterior ou inseridas na zona de recobrimento. As vigas reforçadas com a técnica CREatE e ensaiadas à flexão em quatro prontos apresentaram elevados acréscimos de resistência e ductilidade quando comparadas com as vigas reforçadas com as técnicas tradicionais - Externally-Bonded Reinforcement (EBR) e Near Surface Mounted (NSM). As vigas reforçadas com a técnica CREatE foram sujeitas a carregamentos monotónicos ou cíclicos, tendo-se constatado que as roturas prematuras que estão associadas às técnicas tradicionais anteriormente referidas nunca foram observadas nas vigas reforças com esta técnica. Desenvolveu-se um modelo numérico simples, e com boa precisão, para modelar o desempenho das vigas de betão armado, sendo os resultados apresentados e discutidos.

Biscaia, H, Chastre C, Cruz D, Franco N.  2016.  A New Bonding Technique for the Rehabilitation of Old Timber Floors with CFRP Composites, 13-16 September . 41th IAHS Word Congress of Housing. Sustainability and Innovation for the Future. :10., Albufeira, Portugal Abstract41_iahs_2016_-_hugo_biscaia_-_ext-abstract.pdf

Despite the number of applications with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) have been grown in civil constructions, the studies available in the literature dedicated to the strengthening of old timber beams are very rare. This paper analyses the bending behaviour of old suspended timber floors flexurally-strengthened with CFRP laminates. A new bonding technique developed by the authors is presented which mainly consists on the embedding of both CFRP ends into the core of the timber beams. Differences between the traditional strengthening, i.e. Externally Bonded Reinforcement (EBR), and the new bonding technique are reported. A timber pavement without any CFRP laminate bonded to its soffit was also considered and the results were used as reference values for comparison with the strengthened specimens. The results revealed that the CFRP laminate used for the flexurally-strengthened of the specimen according to the EBR technique reached only 27.2% of the rupture strain of the CFRP laminate whereas the new bonding technique was capable to prevent the premature debonding of the CFRP from the timber substrate and the rupture of the CFRP laminate was observed. Furthermore, the strain distributions in the CFRP laminates and the bond stresses within the CFRP-to-timber interfaces were affected when the new technique was used. For the sake of better understanding the rupture modes observed, a numerical approach was developed which allowed us to conclude that, until the collapse of the beams, the timber never reached its yielding point and the collapse were mainly due to the poor quality of the timber (e.g. quantity of knot, cracks and irregular geometries) and the low shear capacity of the beams.

Biscaia, HC, Chastre C, Franco N.  2014.  Modelação de vigas de betão armado reforçadas à flexão com materiais compósitos de matriz polimérica. JPEE2014 – 5ª Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, Encontro Nacional Betão Estrutural 2014.. , LNEC, Lisboa. Abstractartigo_jpee_biscaia_chastre_franco.pdf

Nas últimas décadas, os estudos sobre o desempenho de vigas de betão armado (BA) reforçadas com materiais compósitos de matriz polimérica têm aumentado. Porém, muitas dúvidas e questões persistem, fazendo realçar algumas lacunas sobre o conhecimento adquirido. Um desses aspetos reside na forma de modelar a ligação entre o compósito e o betão. É também sabido que a modelação da abertura de fendas no betão (discreta ou distribuída numa banda) influência o desempenho da ligação entre os materiais colados.
Nesse sentido, apresentam-se, neste trabalho, os resultados numéricos obtidos da modelação numérica não-linear a 3D de vigas de BA sujeitas a flexão de 4 pontos. Os resultados numéricos são confrontados com os experimentais e os diferentes parâmetros que influenciam a ligação analisados e discutidos.

Biscaia, H, Chastre C, Cruz D, Franco N, Nunes R.  2016.  Reforço à flexão de pavimentos antigos de madeira com recurso a laminados de fibras de carbono, 4-6 July 2016. TEST&E 2016 - 1º Congresso de Ensaios e Experimentação em Engenharia Civil. :8., IST, Lisbon, Portugal Abstractteste2016_-_01049_-_biscaia.pdf

O dimensionamento de vigas de madeira aos Estados Limites de Utilização (ELUt) tem limites muito apertados tanto para ações de curto prazo como para ações de longo prazo. Uma solução eficiente para este problema passa por aumentar as seções transversais das vigas. Porém, este tipo de solução não só acarreta um aumento de custos como também altera profundamente arquitetura original do edifício abrindo, por conseguinte, uma oportunidade para encontrar outras soluções mais eficientes. Neste sentido, o uso de armaduras de reforço em vigas de madeira pode ser considerado como uma solução promissora uma vez que as estruturas, novas ou velhas, manteriam o aspeto estético original sem introduzir nos elementos reforçados, um aumento significativo do seu peso próprio, melhorando o seu desempenho face a ações de curto e longo prazo. O presente estudo é dedicado à análise de vigas de madeira antigas reforçadas à flexão com materiais compósitos de fibras de carbono, vulgarmente designados na literatura internacional por Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP). Neste trabalho, foram reforçados e ensaiados à flexão pavimentos antigos de madeira tendo-se analisado os respetivos desempenhos aquando da utilização de uma técnica de reforço por colagem tradicional (Externally Bonded Reinforcement - EBR) e aquando da utilização de uma técnica de reforço por colagem inovadora (Continous Reinforcement Embedded at Ends - CREatE). Os ensaios experimentais permitiram verificar que a técnica de colagem inovadora CREatE confere aos pavimentos de madeira uma maior rigidez e resistência face à técnica tradicional conseguindo se mobilizar a totalidade do compósito de CFRP.

Chastre, C, Biscaia H, Monteiro A, Franco N.  2016.  Análise experimental de vigas de betão armado reforçadas à flexão com compósitos de FRP, 4-6 July 2016. TEST&E 2016 - 1º Congresso de Ensaios e Experimentação em Engenharia Civil. :8., IST, Lisbon, Portugal Abstractteste2016_-_01066_-_chastre.pdf

O reforço das estruturas de betão armado com compósitos de FRP tem tido um incremento considerável nos últimos anos devido às características de durabilidade e das elevadas relações resistência-peso e rigidez-peso dos compósitos de FRP comparativamente com outros materiais de reforço. A fim de analisar o comportamento de diferentes soluções de reforço estrutural de vigas de betão armado (BA) com compósitos de FRP foi realizado um programa experimental que incluiu o ensaio de vigas de BA reforçadas com as seguintes técnicas de reforço: EBR (Externally-Bonded Reinforcement), NSM (Near Surface Mounted) e pela técnica CREatE (continuous reinforcement embedded at ends). As vigas de BA ensaiadas tinham seção em T, com um vão de 3,0 m e uma altura de 0,3 m e foram solicitadas em flexão em 4 pontos e testadas até a rotura. A técnica CREatE provou ser a mais eficaz das três alternativas testadas mobilizando a totalidade do CFRP e apresentando a maior capacidade resistente e a ductilidade mais elevada.

Franco, N, Chastre C, Biscaia HC.  2014.  Análise do desempenho à flexão de vigas de betão armado reforçadas com armaduras de aço inoxidável. JPEE2014 – 5ª Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, Encontro Nacional Betão Estrutural 2014.. , LNEC, Lisboa. Abstractartigo_jpee_2014_franco_chastre_biscaia.pdf

Apresentam-se neste artigo os resultados dos ensaios realizados à escala real de um conjunto de vigas de betão armado com secção em T, levados a cabo para avaliar o desempenho das armaduras de aço inoxidável no reforço à flexão de vigas de betão armado com armaduras pós-instaladas aplicadas com as técnicas de reforço EBR (Externally Bonded Reinforcement), NSM (Near Surface Mounted) e EBR com ancoragens metálicas nas extremidades. Os ensaios realizados demonstraram que as técnicas de reforço utilizadas permitem aumentar a rigidez à flexão em regime elástico. Porém, a viga reforçada através da técnica EBR teve uma rotura prematura antes de atingir o valor da carga de cedência da viga não reforçada. Já as vigas reforçadas com as técnicas NSM e EBR com ancoragens mecânicas superaram o valor da carga de cedência da viga de referência, e as ancoragens mecânicas proporcionaram bastante ductilidade à viga reforçada com esta técnica.

Franco, N, Chastre C, Biscaia H.  2016.  Novo sistema de reforço à flexão de vigas de betão armado com armaduras de aço inoxidável aplicadas pelo exterior, 27-29 September. II Encontro Luso-Brasileiro de Degradação de Estruturas de Betão. :12p.., LNEC, Lisbon, Portugal Abstractdegrada_2016_-_noel_franco_-_ext-abstract.pdf

O reforço à flexão de vigas de betão armado tem apresentado uma evolução com tendência para soluções onde são utilizadas armaduras à base de materiais compósitos de fibras de Carbono, Vidro, Basalto ou Aramida, aplicadas com as técnicas Externally Bonded Reinforcement (EBR) ou Near Surface Mounted (NSM). No entanto, o comportamento elástico-linear destes materiais e as roturas tendencialmente frágeis das soluções condicionam a sua utilização em estruturas onde se pretende alguma ductilidade. Por conseguinte, procurou-se desenvolver um sistema de reforço estrutural alternativo e inovador em que os materiais de reforço aplicados, conjuntamente com a solução de reforço, conseguissem minimizar ou eliminar os riscos de roturas prematuras e ao mesmo tempo aumentassem a ductilidade dos elementos reforçados. Neste trabalho, apresenta-se em pormenor este novo sistema de reforço à flexão de vigas de betão armado com armaduras de aço inoxidável ancoradas internamente por aderência. Neste sistema de reforço as armaduras são contínuas e pós-instaladas pelo exterior, ficando as extremidades ancoradas por aderência no interior do elemento estrutural. Apresentam-se e discutem-se os resultados dos ensaios realizados para avaliar o desempenho das vigas de betão armado reforçadas com esta nova técnica. Os modos de rotura observados são também motivo de análise mais detalhada. Evidenciam-se alguns benefícios na utilização deste sistema de reforço inovador, nomeadamente ao nível da capacidade resistente última das vigas de betão armado e fazem-se algumas recomendações para a sua aplicação e utilização na reabilitação de elementos estruturais degradados.

Chastre, C, Biscaia H, Franco N.  2016.  Reforço de Vigas de Betão Armado com Armaduras Pós-Instaladas de Aço ou de FRP, 12-14 October 20. 10º Congresso de Mecânica Experimental (CNME 2016). :12., LNEC, Lisbon, Portugal Abstractcnme2016_paper_45_chastre.pdf

Apresentam-se e analisam-se um conjunto de ensaios realizados em vigas de betão armado reforçadas com armaduras pós-instaladas de aço ou de FRP, incluindo os referentes a uma nova técnica (CREatE) desenvolvida na FCT NOVA, tendo-se concluído que a técnica CREatE possibilita aumentos de resistência e ductilidade consideráveis face às técnicas tradicionais.

Chastre, C, Monteiro A, Biscaia H, Franco N.  2016.  Novo sistema de reforço estrutural de vigas de betão armado com compósitos de FRP ancorados internamente por aderência, 27-29 September. II Encontro Luso-Brasileiro de Degradação de Estruturas de Betão. :12p.., LNEC, Lisbon, Portugal Abstractdegrada_2016_-_carlos_chastre_-_ext-abstract.pdf

A reabilitação de estruturas de betão armado com compósitos de FRP tem tido uma grande aceitação em especial devido às excelentes características de durabilidade dos materiais compósitos, ao seu baixo peso e às suas elevadas prestações mecânicas. Contudo, o comportamento elástico-linear dos compósitos de FRP e a sua forma de aplicação pode originar roturas prematuras, quer na técnica de reforço EBR (Externally Bonded Reinforcement), em que o compósito é colado externamente, quer na técnica NSM (Near Surface Mounted) em que o compósito é inserido na zona do recobrimento. No sentido de minimizar o risco de roturas prematuras e ao mesmo tempo aumentar a ductilidade dos elementos reforçados, desenvolveu-se um novo sistema de reforço estrutural em que as armaduras são ancoradas internamente por aderência. A fim de validar o novo sistema de reforço estrutural com compósitos de FRP foi realizado um programa experimental que incluiu o ensaio de vigas de betão armado (BA) reforçadas com as seguintes técnicas de reforço: EBR, NSM e pela nova técnica CREatE (continuous reinforcement embedded at ends). Neste artigo descrevem-se os ensaios experimentais realizados e analisam-se os resultados obtidos. As vigas de BA ensaiadas tinham seção em T, com um vão de 3,0 m e uma altura de 0,3 m e foram solicitadas em flexão em 4 pontos e testadas até a rotura. A técnica CREatE provou ser a mais eficaz das três alternativas testadas mobilizando a totalidade do CFRP e apresentando a maior capacidade resistente e a ductilidade mais elevada.

Biscaia, H, Chastre C, Silva M, Franco N.  2016.  Ligações em superfícies curvas entre compósitos de FRP e betão sujeitas a temperaturas elevadas, 2-4 November 201. Encontro Nacional Betão Estrutural 2016. :13., FCTUC, Coimbra, Portugal Abstractbe_2016_paper_109_biscaia.pdf

O reforço estrutural com materiais de matriz polimérica reforçada com fibras (FRP) em diferentes tipos de elementos estruturais, e.g. pilares, vigas, lajes ou arcos, tem sido objecto de vários estudos. No entanto, os estudos sobre a avaliação da aderência entre ligações coladas em superfícies curvas são muito limitados, não se conhecendo trabalhos, quer analíticos ou numéricos, que se debrucem ainda sobre o efeito da temperatura neste tipo de ligações coladas. Todavia, os trabalhos disponíveis na literatura indicam, de forma unânime, que o descolamento do FRP da superfície curva exige a interacção entre os modos de fractura I e II. Neste sentido, o presente estudo propõe o desenvolvimento de uma solução analítica simples para simular ligações CFRP/betão com superfícies curvas de raio constante e que assumem ambas, isoladamente ou simulataneamente, as acções: (i) aplicação de uma força ao FRP; e (ii) uma a variação de temperatura. Dependendo dos coeficientes de dilatação térmica linear dos materiais colados e para níveis de temperatura não muito superiores à temperatura de transição vítrea (Tg) do FRP, o efeito da temperatura pode ser, do ponto de vista da resistência da ligação, prejudicial ou benéfico, ou seja, pode diminir ou aumentar a capacidade resistente da ligação. Diferentes critérios de rotura são adoptados e diferentes situações, e.g. raio da curva ou diferentes níveis de temperaturas, são abordadas. A solução analítica pressupõe que a lei de aderência relativamente ao modo II de fractura depende da temperatura e é representada por um exponencial, enquanto que para o modo I se assume uma lei de aderência do tipo linear com rotura frágil e cuja influência da temperatura é feita de acordo com os mesmos pressupostos da lei exponencial.

Chastre, C, Biscaia H, Franco N, Monteiro A.  2016.  Experimental Analysis of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Innovative Techniques, 13-16 September . 41th IAHS Word Congress of Housing. Sustainability and Innovation for the Future. :10., Albufeira, Portugal Abstract41_iahs_2016_-_carlos_chastre-ext-abstract.pdf

The strengthening of reinforced concrete structures with FRP materials has received a considerable increment in recent years due to their durability characteristics, high strength-weight and stiffness-weight ratios of FRP compared to other materials.An experimental program was conducted in order to analyse the behaviour of different structural solutions to strengthen reinforced concrete beams with carbon FRP composites: EBR (Externally-Bonded Reinforcement), NSM (Near Surface Mounted) reinforcement and an innovative technique externally-bonded using continuous reinforcement embedded at ends (CREatE). The RC beams had a 3m span by 0.3m height and were tested until rupture in a 4-point bending test system.The CREatE technique has proved to be the most effective of the three alternatives tested, with the full utilisation of the CFRP and the highest strength, combined with the highest ductility.

Biscaia, H, Chastre C, Franco N, Cardoso J.  2016.  Modelo analítico não linear para analisar as ligações CFRP/betão, 2-4 November 201. Encontro Nacional Betão Estrutural 2016. :9., FCTUC, Coimbra, Portugal Abstractbe_2016_paper_108_biscaia.pdf

Desde que o reforço estrutural começou a utilizar materiais de matriz polimérica reforçada com fibras (FRP) que o fenómeno do descolamento prematuro dos compósitos de FRP da superfície colada tem merecido especial atenção de vários autores. O conhecimento do processo de descolamento completo da ligação CFRP/betão ganhou assim, algum destaque nos últimos anos. Na generalidade, as ligações CFRP/betão têm sido analisadas com recurso métodos analíticos e numéricos sendo que, nos primeiros, se tem vindo a adoptar leis de aderência muito simplificadas das observadas experimentalmente. Apesar das simplificações adoptas nas análises analíticas, as expressões obtidas são muito importantes já que têm grande potencial em serem adoptadas pelos códigos ou normas nacionais e/ou interncionais. Por outro lado, e apesar de adoptarem leis de aderência mais refinadas, as análises numéricas permitem apenas a obtenção de expressões empíricas que podem não contemplar a generalidade dos casos estudados. Neste sentido, este trabalho apresenta um conjunto de soluções analíticas com base numa lei de aderência exponencial capaz de representar todas as não-linearidades envolvidas no descolamento da ligação CFRP/betão. Os resultados analíticos são confrontados com ensaios experimentais em que a técnica de colagem EBR foi utilizada. Contudo, o modelo analítico proposto pode ser também utilizado quando a técnica Near Surface Mounted (NSM) é adoptada. Adicionalmente, são apresentadas soluções analíticas para o caso em que o deslocamento relativo entre o CFRP e o betão é restringido por, e.g., um dispositivo de amarração mecânica instalado na extremidade oposta à aplicação de carga.

Conference Proceedings

Silva, M. A. G., Biscaia HC, Chastre C.  2012.  Degradação da aderência entre compósitos de GFRP e betão devido a condições ambientais severas. Betão Estrutural 2012. , Porto: FEUP Abstractsilva2012bich_-_be2012_-_feup.pdf

A degradação da ligação entre compósitos de matriz polimérica reforçada por fibras (FRP) e o betão é uma das principais causas de possível rotura das vigas e lajes de betão armado reforçadas
externamente por compósitos de FRP. Desde há mais de 10 anos que se estuda, por isso, na UNL o
comportamento dessa ligação, integrado em programa mais alargado de estudo da durabilidade deste tipo de reforço, especialmente quando sujeito a condições ambientais severas que se simulam por processos artificialmente acelerados no laboratório. Em particular a degradação da aderência e o possível descolamento precoce do reforço têm sido modelados física e computacionalmente com principal incidência no uso de fibras de vidro (GFRP) e resina epoxídica. Nesta comunicação mostram-se resultados obtidos em termos de capacidade de carga, força transmitida ao reforço e tensões de aderência após envelhecimentos de pequenas vigas de betão armado (BA) por ciclos de nevoeiro salino, ciclos seco/molhado em solução salina, ciclos de temperatura entre +7,5ºC e +47,5ºC e gelo-degelo de -10ºC a +30ºC. Faz-se recomendação quanto à extensão máxima para diferentes envelhecimentos. Apresenta-se comparação entre resultados de modelação numérica e experimental.

Almeida, G, Biscaia H, Chastre C, Fonseca J, Melício F.  2010.  Displacement Estimation of a RC beam test based on TSS algorithm. CISTI'2010 - 5ª Conferencia Ibérica de Sistemas y Tecnologías de Información. , Santiago de Compostela Abstract

The traditional methodology used in civil engineering measurements requires a lot of equipment and a very complex procedure especially if the number of target points increase. Since the beginning of the current century, several studies have been conducted in the area of photogrametry using digital image
correlation associated with block motion algorithms to estimate displacements in reinforced concrete (RC) beams during a load test. Using image processing techniques it is possible to measure the whole area of interest and not only a few points of the tests materials. In this paper, block-matching algorithms are used in order to compare the results from photogrametry techniques and the data obtained with linear voltage displacement transducer (LVDT) sensors during the load tests of RC beams, which are very common to find in civil engineering laboratories.

Carvalho, T, Chastre C, Biscaia H, Paula R.  2010.  Flexural Behaviour of RC T-Beams Strengthened with Different FRP Materials. The Third International fib Congress and Exhibition "Think Globally, Build Locally", . , Washington DC: fib Abstract

The strengthening of reinforced concrete structures with FRP materials has received a
considerable increment in recent years due to the high strength-weight and stiffness-weight
ratios of FRP compared to other materials.
An experimental programme was conducted in order to analyse the behaviour of different
structural solutions to strengthen reinforced concrete beams with FRP composites (EBR
GFRP, EBR CFRP, NSRM-CFRP) and is described. The RC T beams had a 3m span by 0.3m
height and were tested until rupture in a 4-point bending test system.
The NSMR technique has proved to be the most effective of the three alternatives tested, as it
obtained high strength, combined with high ductility. Nevertheless, all the systems show
great strength increment in relation to the non retrofitted T-beams, proving to be effective
approaches to the flexural strengthening of RC beams.

Biscaia, H, Silva MG, Chastre C.  2008.  Caracterização Experimental e Modelação Numérica da Ligação GFRP/Betão. 7º Congresso de Mecânica Experimental. , Vila Real: UTAD Abstract
n/a
Lucas, D., Biscaia HC, Silva MAG, Chastre C.  2012.  Factores que influenciam o desempenho da ligação GFRP/betão. Betão Estrutural 2012. , Porto: FEUP Abstractlucas2012bisich_-_be2012.pdf

Os compósitos de FRP podem descolar prematuramente da superfíce de betão, isto é, antes de esgotada a sua resistência elástica. Esta situação é mais provável se não forem tidos em conta factores como o tipo de preparação da superfície, a exposição a acção ambiental severa, e a resistência do próprio betão. Com o objectivo de analisar a influência de parte destes factores no desempenho da ligação compósito de fibra de vidro (GFRP) e betão, empreendeu-se uma campanha experimental baseada em ensaios de corte duplo. Os resultados permitiram determinar e comparar as forças máximas transmitidas ao GFRP e tensões de aderência máxima para diferentes tratamentos de superfície e condições de envelhecimento. Foram também determinadas aproximações para curvas de tensão de aderência vs. deslizamento (bond-slip). Os resultados obtidos são contrastados com resultados obtidos por modelação numérica.

Biscaia, H, Silva MG, Chastre C.  2009.  Bond GFRP-Concrete under environmental exposure. 15th International Conference on Composite Structures ICCS 15. , Porto: FEUP Abstractbiscaia2009sich_-_iccs15.pdf

Fiber reinforced polymers (FRP) are often used to strengthen RC structures.
Despite intense research, durability of reinforced concrete (RC) retrofitted with FRP remains insufficiently known. Long time behavior of the bond laminate-concrete, in flexural strengthening, under environmental action is not well known, conditioning Codes and engineers. An experimental program that subjected RC beams, externally reinforced with Glass FRP (GFRP) strips, to temperature and salt water cycles, for up to 10000h is reported.
At selected intermediate times, the RC beams were loaded to failure in bending. Rupture took place, normally, by tensile failure of concrete at a short distance from the interface with GFRP. The results showed that freeze-thaw cycles were the most severe of the environmental
conditions. The study also generated also non-linear bond-slip relationships from the experimental data. Numerical modeling has been undertaken, based on a commercial code.
The model is based on smeared cracking. Parameters needed for the characterization, namely cohesion and friction angle, were obtained from shear tests conceived for the effect.

Journal Article

Biscaia, HC, Chastre C, Silva MAG.  2013.  A smeared crack analysis of reinforced concrete T-beams strengthened with GFRP composites, 11//. Engineering Structures. 56:1346-1361. AbstractWebsite

The strengthening of reinforced concrete structures with laminates of fibre reinforced polymeric (FRP) matrix has received considerable attention, although there still is lack of information on the more adequate modelling of the interface between FRP composites and concrete. An experimental programme is described and was designed to: (i) characterise glass FRP-to-concrete interface by shear tests; (ii) analyse reinforced concrete T-beams with external GFRP plates. Double shear tests were carried out based on 15 cm cubes with GFRP bonded to two opposite faces. The concrete T-beams were 3.0 m long and 0.28 m high and were loaded till rupture in 4-point bending tests. The external reinforcement system showed great strength increment in relation to the non retrofitted T-beam, confirming to be an effective approach to the flexural strengthening of RC beams. The computational analysis was based on a three dimensional smeared crack model. In total, 22 computational analyses were made. Models with and without interface FE associated with Mohr–Coulomb failure criterion for the FRP-to-concrete interface were defined and different strength types of concrete were considered. The rigid interface does not predict the rupture of the T-beam with precision; however, the results obtained for low concrete strengths revealed that rigid interfaces can be assumed when conjugated with the fixed crack approach. Consequently, a slightly stiffer response of the beam is obtained. The maximum bond stresses obtained from Finite Element Analysis (FEA) revealed that the models with rigid interfaces developed lower bond stresses due to the lack of relative displacements between both materials. The effects of assuming either fixed or rotated crack approaches were also compared. The rotated crack conjugated to a fine mesh in the vicinity of the GFRP-to-concrete stress led to a very good estimation of the bond stresses along the interface. The prediction of the T-beam rupture was also estimated with better results when the rotated crack was used in the model. In general, the FEA predicted with very good results the de-bonding of the GFRP-to-concrete interface of T-beams externally bonded with GFRP composites.

Biscaia, HC, Borba IS, Silva C, Chastre C.  2016.  A Nonlinear Analytical model to predict The full-range debonding process of FRP-to-parent material interfaces free of any mechanical anchorage devices, 15 March 2016. Composite Structures. 138:52-63. AbstractWebsite

Ever since Fibre Reinforced Polymers (FRP) began to be used in the repair or strengthening of structural elements, the premature debonding of the FRP composite from the substrate has been an important drawback that have been motive of several studies. The importance of knowing and describing the full-range behaviour of FRP-to-parent material interfaces rigorously is therefore urgent. However, at present, there are no analytical solutions that describe the full-range behaviour of such interfaces that help us to understand the full debonding phenomena of FRP-to-parent material interfaces free of any mechanical anchorage devices. Therefore, the aim of this study is to contribute the advances of that knowledge through an analytical solution by means of an exponential bond-slip model that is known to represent the nonlinearities involved in the debonding process of the FRP composite from the substrate. Analytical solutions for the slips, strains in the FRP composite, bond stress distributions along the bonded interface and stresses in the substrate are presented. A full-range load-slip analysis is also discussed.

Biscaia, HC, Micaelo R, Teixeira J, Chastre C.  2014.  Numerical analysis of FRP anchorage zones with variable width, 11//. Composites Part B: Engineering. 67:410-426. AbstractWebsite

The use of Fibre Reinforced Polymers (FRP) has recently become widespread in the construction industry. However, some drawbacks related to premature debonding of the FRP composites from the bonded substrates have been identified. One of the solutions proposed is the implementation of mechanical anchorage systems. Although some design guidelines have been developed, the actual knowledge continues to be rather limited. Thus, designers and researchers have not yet achieved any consensus on the efficiency of any particular anchor device in delaying or preventing the premature debonding failure mode that can occur in Externally Bonded Reinforcement (EBR) systems. This paper studies the debonding phenomenon of FRP anchoring systems with a linear variable width, with a numerical analysis based on the Distinct Element Method (DEM). Combined systems with constant and variable width are also discussed. The FRP-to-parent material interfaces are modelled with a rigid-linear softening bond–slip law. The numerical results showed that it is possible to attain the FRP rupture force with a variable width solution. This solution is particularly attractive when the bonded length is shorter than the effective bonded length because the strength of the interface can be highly incremented.