COMPORTAMENTO DE LAJES DE BETÃO ARMADO .analisados em termos do comportamento estrutural das lajes

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  • Revista da Associao Portuguesa de Anlise Experimental de Tenses ISSN 1646-7078

    Mecnica Experimental, 2016, Vol 26, Pgs 17-25 17

    COMPORTAMENTO DE LAJES DE BETO ARMADO REFORADAS

    FLEXO USANDO A TCNICA NSM COM LAMINADOS DE CFRP

    PR-TENSIONADOS

    BEHAVIOUR OF REINFORCED CONCRETE SLABS FLEXURALLY

    STRENGTHENED USING NSM TECHNIQUE WITH PRESTRESSED

    CFRP LAMINATES

    S. Dias1, M. R. Mostakhdemin Hosseini2, J. Barros3

    1 ISISE, Universidade do Minho, Guimares, Portugal, sdias@civil.uminho.pt 2 ISISE, Universidade do Minho, Guimares, Portugal, hoseini_engineer@yahoo.com

    3 ISISE, Universidade do Minho, Guimares, Portugal, barros@civil.uminho.pt

    RESUMO

    Neste trabalho apresenta-se um programa experimental que foi realizado para avaliar o comportamento de lajes de beto armado reforadas flexo usando a tcnica NSM com laminados de CFRP pr-tensionados. No total foram testadas quatro lajes de beto armado: a de referncia sem CFRP, e trs reforadas flexo usando a tcnica NSM com laminados de CFRP pr-tensionados, diferenciadas pela percentagem de pr-tenso nos laminados de CFRP: 0%, 20% e 40% da capacidade mxima resistente trao do CFRP. As lajes tinham uma percentagem de armadura longitudinal de cerca de 0,35% e a percentagem de reforo de CFRP adotada foi de aproximadamente 0,08%. Os resultados obtidos so apresentados e analisados em termos do comportamento estrutural das lajes ensaiadas, modos de rotura e desempenho da tcnica NSM com laminados de CFRP pr-tensionados.

    ABSTRACT

    To investigate the behaviour of RC slabs flexurally strengthened using NSM technique with prestressed CFRP laminates, an experimental program was carried out. A total of four RC slabs were tested, a reference slab (without CFRP), and three slabs flexurally strengthened using NSM CFRP laminates with different prestress level: 0%, 20% and 40% of the ultimate tensile strength of the CFRP material. The tested slabs have a percentage of longitudinal tensile steel bars of about 0.35%, while the CFRP strengthening percentage is approximately 0.08%. The obtained results are presented and analysed in terms of the structural behaviour of the RC slabs, failure modes and performance of the NSM technique with prestressed CFRP laminates.

    1. INTRODUO

    Uma das possibilidades existentes para

    reforar flexo estruturas de beto armado

    usando materiais compsitos recorrer

    tcnica que consiste na insero de lami-

    nados de CFRP em finos entalhes efetuados

    no beto de recobrimento. Esta tcnica

    designada na literatura internacional por

    Near Surface Mounted (NSM).

    Atualmente existem vrios estudos

    realizados sobre o desempenho da tcnica

    NSM, com laminados de CFRP aplicados de

  • S. Dias, M. R. Mostakhdemin Hosseini, J. Barros

    18

    forma passiva (reforo passivo), quando

    usada no reforo flexo de vigas (Carolin,

    2003; El-Hacha e Riskalla, 2004; Barros e

    Fortes, 2005; Barros et al., 2007; Kotynia,

    2007; Dias et al., 2012) e lajes de beto

    armado (Bonaldo, 2008; Dalfr, 2013).

    Nestes estudos verificou-se que a aplicao,

    dos laminados de CFRP inseridos sem

    qualquer pr-tenso, no reforo flexo pode

    aumentar significativamente a capacidade de

    carga mxima dos elementos estruturais de

    beto armado. No entanto, tambm se

    verificou que para nveis de deformao

    correspondentes a estados limites de servio,

    o grau de eficcia do reforo em termos de

    acrscimo de capacidade de carga no to

    significativo. Uma soluo para contornar o

    menor desempenho da tcnica NSM com

    laminados de CFRP em condies de servio

    passa pela aplicao de uma pr-tenso nos

    laminados de CFRP.

    Neste trabalho apresenta-se o programa

    experimental que foi realizado para avaliar a

    eficcia da tcnica NSM com laminados de

    CFRP pr-tensionados no reforo flexo de

    lajes de beto armado. No total foram

    ensaiadas quatro lajes de beto armado com o

    propsito de avaliar a influncia do nvel de

    pr-tenso no comportamento deste tipo de

    estruturas, quer em termos de estados limites

    de servio como na rotura. Aps a

    apresentao do programa experimental

    efetuado (conceo dos modelos, tipo de

    ensaio, sistema de instrumentao, caracteri-

    zao dos materiais e aplicao do reforo de

    CFRP), sero apresentados e discutidos os

    resultados alcanados e referidas as principais

    concluses que foram obtidas.

    2. PROGRAMA EXPERIMENTAL

    2.1 Conceo dos modelos, tipo de ensaio e sistema de instrumentao

    O programa experimental realizado

    envolveu a execuo de quatro lajes de beto

    armado com 2600 mm de comprimento e

    seco transversal de 600120 mm2 (Figura

    1). Em todas as lajes foram utilizados trs

    vares de ao nervurado de 6 mm de dimetro

    (36) para a armadura longitudinal de

    compresso e quatro vares de ao nervurado

    de 8 mm de dimetro (48) para a armadura

    longitudinal de trao. Para armadura

    transversal foram adotados vares de ao

    nervurado de 6 mm de dimetro espaados de

    300 mm (6@300mm). O beto de

    recobrimento das armaduras longitudinais foi

    de 20 mm (Figura 1).

    Fig. 1 Geometria das lajes, tipo de ensaio e arma-

    duras das lajes ensaiadas (dimenses em mm).

    Das quatro lajes ensaiadas, uma era de

    referncia sem reforo de CFRP (laje SREF)

    e trs foram reforadas flexo com dois

    laminados de CFRP inseridos no beto de

    recobrimento de acordo com a disposio

    representada na Figura 2. As trs lajes

    reforadas com CFRP distinguiam-se pelo

    nvel de pr-tenso instalado nos laminados

    de CFRP: 0% (laje S2L-0), 20% (laje S2L-

    20) e 40% (laje S2L-40) da capacidade

    mxima resistente trao dos laminados de

    CFRP. Os laminados de CFRP usados no

    presente programa experimental tinham uma

    seco transversal com dimenses de 1,4 mm

    (espessura) 20 mm (profundidade). De

    acordo com os dados da Tabela 1, as lajes

    ensaiadas tinham uma percentagem de

    armadura longitudinal (sl) de cerca de

    0,35%, e a percentagem de reforo adotada

    (f) foi de aproximadamente 0,08%.

    As lajes foram submetidas a ensaios

    flexo sob quatro pontos de carga, tal como

    est representado nas Figuras 3 e 4. Os

    ensaios foram realizados sob controlo de

    deslocamentos velocidade de 0,02 mm/s.

    Fig. 2 Soluo de reforo de CFRP testada, com ou

    sem pr-tenso (dimenses em mm).

    600 mm

    120 20

    24 184 184 24

    F/2

    100 900 600 900 100

    2600

    36

    184

    6@300

    48

    120

    (beto de recobrimento das

    armaduras longitudinais)

    F/2

    120

    150 300 150

    (2 laminados de CFRP)

  • Comportamento de lajes de beto armado reforadas flexo usando a tcnica NSM com laminados de CFRP pr-tensionados

    19

    Tabela 1 Informaes gerais das lajes ensaiadas.

    Laje sl

    (%) a

    Reforo flexo com laminados

    de CFRP inseridos

    Nvel

    de pr-

    esforo

    (%) Quantidade f

    (%) b

    SREF

    0,349

    - - -

    S2L-0 2 laminados com seco

    de 1,420 mm2

    (Af = 21,420 = 56 mm2)

    0,077

    0

    S2L-20 20

    S2L-40 40

    a A percentagem de armadura longitudinal foi obtida por

    100 dbA wslsl em que Asl a rea de ao correspondente s armaduras longitudinais de trao (ver Figura 1), bw = 600 mm a largura da seco transversal da laje e d a

    distncia da fibra de beto mais comprimida ao baricentro dos

    vares de ao da armadura longitudinal de trao.

    b A percentagem de CFRP foi obtida a partir de

    100AA cff

    em que fA a rea de reforo de CFRP

    e cA a rea da seco transversal das lajes.

    Fig. 3 Posio dos: a) transdutores de deslocamentos

    (LVDTs); b) extensmetros nos vares de ao longitu-

    dinais; c) extensmetros nos laminados de CFRP

    (dimenses em mm).

    Fig. 4 Ensaio flexo sob quatro pontos de carga.

    Todas as lajes foram instrumentadas para

    que fosse possvel quantificar a carga

    aplicada, a deformao das lajes e as

    extenses, quer no CFRP como nas

    armaduras longitudinais tracionadas.

    A deformao das lajes foi medida por

    intermdio de transdutores de deslocamento

    (LVDTs) posicionados nas seces representa-

    das na Figura 3a. Para avaliar as extenses nos

    vares de ao longitudinais tracionados foram

    instalados trs extensmetros (SG-S1, SG-S2 e

    SG-S3) de acordo com o representado na Figura

    3b. Em todas as lajes reforadas com CFRP, os

    laminados foram instrumentados com trs

    extensmetros eltricos (SG-L1, SG-L2 e SG-

    L3) para avaliar a variao do campo de

    extenses do reforo de CFRP. Na Figura 3c

    esto identificadas as seces dos laminados de

    cada laje onde foram colados os extensmetros.

    2.2 Caracterizao dos materiais

    A avaliao da resistncia compresso

    do beto das lajes foi efetuada

    experimentalmente data da realizao dos

    ensaios das lajes. Para tal, ensaios de

    compresso uniaxial com cilindros de

    150 mm de dimetro e 300 mm de altura

    foram efetuados segundo as recomendaes

    da norma EN 206-1 (2000). O valor mdio da

    resistncia compresso do beto obtido foi

    de 46,7 MPa (fcm = 46,7 MPa). Nas lajes

    ensaiadas utilizaram-se armaduras de vares

    de ao nervurado de 6 mm e 8 mm de

    dimetro, cujas principais propriedades

    foram avaliadas experimentalmente por

    intermdio