Carlos Chastre

The paper analyses different analytical and numerical solutions for the debonding process of the FRP-to-concrete interface on shear tests with the FRP plate submitted to a tensile load in one of its ends. From the point of view of the state of the art, two different ways of finding the bond-slip curve from experiments are discussed and analysed. Essentially, three different linear bond-slip models, one exponential model and another power based function are employed in the numerical process. The results are analysed and compared. The differences found in the stress field along the interface, maximum load, maximum slip, ultimate slip, fracture energy and effective bond length are reported. The load-slip behaviour is also presented for the linear and non-linear models herein studied and the influence of the local bond-slip model on the debonding process is discussed. The numerical integration process used on the present study proved to be coherent with the analytical expressions determined for the linear bond-slip models and allowed to verify that maximum load transmittable to the FRP plate is influenced by the square root of the FRP stiffness and fracture energy even when nonlinear bond-slip models are assumed.

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.

Os sistemas de reforço por colagem exterior têm sido alvo de várias abordagens, não só do ponto de vista do tipo de material a utilizar, como também sob o ponto de vista da técnica mais eficiente a seguir. As fibras reforçadas com polímeros (FRP) têm sido, no último par de décadas, alvo de investigação exaustiva, tendo-se verificado que esses sistemas nutrem de ductilidade algo reduzida devido ao descolamento prematuro do material de reforço da superfície de betão. Por conseguinte, o aço inox devidos às suas boas características anticorrosivas e ductilidade apresenta-se como uma alternativa viável aos compósitos de FRP. Assim, com vista a melhorar a ductilidade dos elementos estruturais reforçados, em vez de se recorrer a técnicas de reforço não tradicionais (e.g., Externally Bonded Reinforcement (EBR) ou Near Surface Mounted (NSM)) que estão sempre associadas a roturas prematuras por colagem do elemento de reforço quando a extensão nele instalada está muito aquém do seu valor de rotura, dever-se-á seguir outras técnicas de reforço por colagem. Com vista a interpretar e perceber o desempenho da ligação aço-inox, desenvolveu-se uma campanha experimental em que os ensaios visam em testar e comparar a técnica EBR com uma técnica inovadora e desenvolvida pelos autores (CREatE – Continuous Reinforcement Embedded at Ends) através da realização de ensaios de arrancamento de ligações aço inox/betão. Estes ensaios consistem em aplicar uma força à barra de aço inox segundo uma direção que permite induzir uma rotura da ligação consistente com o Modo II de fratura. A técnica de correlação de imagem digital (DIC) foi utilizada na monitorização de todos estes ensaios tendo-se desenvolvido ainda diferentes modelos, analíticos e numéricos com recurso a um programa de cálculo automático não linear, que permitiram simular os processos de descolamento da ligação aço inox/betão segundo as técnicas EBR e CREatE.

A ligação pilar-fundação tem um papel fundamental no comportamento das estruturas pré-fabricadas,
em particular, na presença de acções horizontais, como a acção dos sismos e do vento. Um dos sistemas de ligação pilar-fundação usados em estruturas pré-fabricadas consiste em deixar na extremidade inferior dos pilares armaduras salientes que são introduzidas em negativos executados nas fundações, sejam elas sapatas ou maciços de encabeçamento de estacas. Estes negativos são posteriormente injectados com “grout” para garantir a ligação. Foram estudados diferentes soluções de negativos para ligação das armaduras do pilar na fundação. Foram realizados ensaios monotónicos e cíclicos, para analisar não só o comportamento às acções estáticas mas também para a acção sísmica. No presente trabalho apresentam-se os resultados obtidos com a análise experimental efectuada. O estudo realizado permite apresentar recomendações para projecto e quais os tipos de ligações com melhor desempenho.

A ligação pilar-fundação tem um papel fundamental no comportamento das estruturas pré-fabricadas, em particular, na presença de acções horizontais, como a acção dos sismos e do vento, que introduzem esforços elevados na base dos pilares. Um dos sistemas de ligação pilar-fundação usados em estruturas pré-fabricadas consiste em deixar na extremidade inferior dos pilares armaduras salientes que são introduzidas em negativos executados nas fundações. Estes negativos são posteriormente injectados com grout para garantir a ligação. No presente trabalho foram estudadas diferentes soluções de negativos para ligação das armaduras do pilar à fundação, tendo sido realizados ensaios monotónicos para analisar o seu comportamento. Nesta comunicação apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos da análise experimental efectuada.

This article discusses mathematical modelling of the long-term performance of concrete with different supplementary cementitious materials in a maritime environment. The research was carried out in the light of the national Portuguese application of the CEN standards with mandatory requirements for a performance-based design approach. Laboratory investigations were performed on concrete compositions based on CEM I and CEM II/B-L in which the cement was partially replaced by either 0% (reference composition) or 50% of low calcium fly ash (FA). Concrete compositions were made with the objective to achieve service lives of 50 and 100 years with regard to steel corrosion. Test results of compressive strength, chloride potential diffusion and electrical resistivity are reported for different curing ages of 28, 90, 180 and 365 days. Chloride diffusion results were used for the implementation of modelling equations in order to estimate the design lifetime regarding reinforcing steel corrosion. A performance-based approach using a probabilistic method was carried out and the results obtained are compared with the requirements according to the Portuguese prescriptive approach. The modelling results show that FA blended compositions have better performance compared to those with Portland cements, especially if curing ages beyond 28 days are considered.

Reinforced concrete (RC) columns with various strengthening systems and different conditions were tested to cyclic lateral and axial loading for the purpose of performance assessment. Tests included confinement strengthening with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets, longitudinal strengthening with CFRP laminates and confining CFRP jacket, longitudinal strengthening with stainless steel bars and confining CFRP jacket, tested column until reinforcing steel failure, repair and CFRP confining jacket, and longitudinal strengthening with stainless steel bars. The analysis of the tests results as to load-displacement relationship and energy dissipation led to the conclusion that the use of external longitudinal strengthening with CFRP confinement is effective for performance retrofitting and upgrading, and viable in terms of execution. The load capacity increase due to strengthening reached 36–46% with good ductile behaviour. Nonlinear numerical modelling was carried out using two approaches which represent reasonably well the global performance of the studied columns for the prediction of the ascending load-displacement relationship and the peak load values in each cycle.