Page 55 - Riem-Vol6_nº2

226 IBRACON Structures and Materials Journal • 2013 • vol. 6 • nº 2
Numerical analysis of reinforced concrete beams strengthened with high strength cement-based
composite material
ricamente, para a última etapa de carga antes da ruptura das vi-
gas das séries S1 e S2. Observa-se um baixo nível de tensões
de aderência concreto/reforço para as vigas reforçadas com uma
camada de PBO-FRCM (S1 e S2 – uma camada) antes da ruptura
das mesmas, indicando que o modo de falha não possui natureza
frágil causada pelo descolando do reforço em relação ao substrato
de concreto. Para as vigas reforçadas com duas e três camadas
de PBO-FRCM, observou-se elevados níveis de tensões de ade-
rência antes que as mesmas atingissem o colapso. Estes picos de
tensão, localizados em uma faixa entre 58cm e 90cm de distância
do apoio, ficaram muito próximos da resistência da ligação entre o
concreto e o material de reforço, indicando rupturas causadas pelo
descolamento do reforço. Desta forma, os modos de ruptura en-
contrados numericamente vão ao encontro dos modos de ruptura
obtidos nos ensaios experimentais.
5. Conclusões
O desempenho estrutural de vigas de concreto armado reforçadas
com um sistema de alta performance composto por fibras de altís-
sima resistência em matriz cimentícia (PBO-FRCM) foi analisado
numericamente neste trabalho. Obtidos os resultados mostrados
acima, podem-se estabelecer as conclusões apresentadas abaixo.
O modelo de elementos finitos usado nas simulações numéricas
se mostrou uma ferramenta valiosa para análise deste tipo de pro-
blema. A comprovação da eficiência se deu pela comparação aos
valores experimentais apresentados em Ombres [1]. Mesmo com
diferentes modos de falha, o modelo computacional chegou a uma
aproximação média de 2,8% para as cargas de ruptura em relação
aos valores obtidos no programa experimental.
O uso do sistema PBO-FRCM apresentou sensível melhora na
capacidade resistente à flexão de vigas de concreto armado. Os
resultados mostraram um aumento de aproximadamente 39%
na capacidade de carga com o acréscimo de material de reforço
(52,25kN para 72,75kN). Entretanto, o aumento na taxa de refor-
ço pode conduzir a ruptura da viga por descolamento do reforço.
Este tipo de ruptura pode levar a um subaproveitamento do ma-
terial de reforço, pois se impede que o mesmo seja submetido às
deformações máximas. Tal fato é comprovado pelo aumento de
aproximadamente 6% na carga de ruptura da viga reforçada com
três camadas (Af=20,25mm2 – Pu=72,75kN) em relação à reforça-
da com duas camadas (Af=13,50mm2 – Pu=68,75kN). Segundo
Ombres[1], o modo de ruptura destas duas vigas foi o descola-
mento do material de reforço em relação ao substrato de concreto.
A ductilidade das vigas se mostrou satisfatória. Mesmo os casos
de ruptura por esmagamento do concreto, o mesmo se deu após
o escoamento da armadura interna tracionada.
A maior influência da taxa de reforço na rigidez das vigas se dá
após o escoamento da armadura interna de tração (Figura 13).
Antes da fissuração do concreto, não há nenhuma influência da
taxa de reforço no comportamento das vigas, pois este depende
quase que totalmente da rigidez da seção de concreto armado ain-
da intacta. Após a carga de fissuração há um mínimo aumento de
rigidez com o aumento do número de camadas, onde existe uma
maior dependência da armadura tracionada. Após o escoamento
da armadura de tração passa-se a depender quase que exclusi-
vamente do material de reforço. Desta forma, observa-se um sig-
nificativo aumento de rigidez com o aumento da área de reforço.
Quando os modos prematuros de ruptura são evitados, modelos
simples usualmente adotados na previsão de resistência são ca-
pazes de aproximações bastante precisas. Entretanto, quando
existe a possibilidade de descolamento de reforço, modelos mais
sofisticados devem ser usados para previsões realistas da capaci-
dade resistente de vigas reforçadas. Desta forma, modelos numé-
ricos baseados no método dos elementos finitos são ferramentas
bastante valiosas na análise deste tipo de problema.
6. Referências bibliográficas
[01] Ombres, L. Flexural analysis of reinforced concrete
beams strengthened with a cement based high
strength composite material. Composite Structures,
v.94, Dec, 2011; p.143-155.
[02] Di Tommaso, A.; Focacci, F.; Mantegazza, G.
Rinforzo a flessione di travi in calcestruzzo armatto
com reti di carbonio e matrice cementizia. In: Proceedings
of the national AICAP conference. Italy, 2004.
[03] AIELLO, M. A.; LEONE, M.; OMBRES, L. Structural
analysis of reinforced concrete beams strengthened
with externally bonded FRP (fiber reinforced polymers)
sheets. In: Proceedings of the third international
conference on “composites in constructions”,
Lyon,France, 2005, p.11-8.
[04] WU, Z. S.; IWASHITA, K.; HIGUCHI, T.; MURAKAMI,
S.; KOSEKI, Y. Strengthening PC structures with
externally prestressed PBO fiber sheets. In: Proceeding
of the international conference on FRP composites in
civil engineering, Honk Hong, 2001, p.1085-92.
[05] DI TOMMASO, A.; FOCACCI, F.; MANTEGAZZA, G.;
GATTI, A.. FRCM versus FRP composites to strengthen
RC beams: a comparative analysis. In: Proceedings of
the international symposium on fibre reinforced
polymers for reinforced concrete structures (FRPRCS8).
Patras, Greece, 2007.
[06] DARWIN, D.; PECKNOLD, D. A. Nonlinear biaxial
stress-strain law for concrete. Journal of Engineering
Mechanics Division, v.103, 1977; p.229-241.
[07] KUPFER, H. B.; GERSTLE, K. H. Behavior of concrete
under biaxial stresses. Journal of Engineering
Mechanics, v.99, 1973; p.853-866.
[08] ELWI, A. E.; HRUDEY, T. M. Finite element model
for curved embedded reinforcement. Journal of
Engineering Mechanics Division, v.115, 1989; p.740-745.
[09] ADHIKARY, B. B.; MUTSUYOSHI, H. Numerical
simulation of steel-plate strengthened concrete beam
by a non-linear finite element method model.
Construction and Building Materials, v.16, 2002; p.291-301.
[10] Comité Euro-International du Béton.
CEB-FIP Model Code 1990. London, Thomas Telford,
1993.
[11] SILVA, P.A.S.C.M. Modelação e análise de estruturas
de betão reforçadas com FRP, Porto, 1999, Dissertação
(mestrado) - Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto, 254 p.
[12] PALIGA, C. M.; CAMPOS FILHO, A.; REAL, M. V.
Finite element model for numerical analysis of
strengthened reinforced concrete structures.
IBRACON Structural Journal. v.3, 2007; p.177-200.