Estudo do comportamento mecânico de vigas de concreto armado com barras poliméricas reforçadas com fibra de basalto e fibras descontínuas

Abstract

Os materiais poliméricos reforçados com fibra (FRP) têm sido amplamente aplicado como elemento de reforço em estruturas de concreto. Polímeros reforçados com fibra de basalto (BFRP) destacam-se pela relação custo benefício, resistência em ambientes corrosivos e baixo peso específico. Também possuem baixa condutividade térmica, transparência eletromagnética, baixo impacto ambiental e a versatilidade com relação à geometria e às propriedades mecânicas. Apesar das vantagens, barras de BFRP apresentam comportamento frágil, com módulo de elasticidade e aderência com o concreto inferiores às das barras de aço. Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento de vigas de concreto armado com barras de polímeros reforçados com fibra de basalto (BFRP), com adição de fibras sintéticas descontínuas e confinamento do concreto para melhorar a ductilidade, a rigidez e diminuir o tamanho das aberturas de fissuras. Para isso foram moldadas quatro vigas de concreto armado com barras de BFRP submetidas à flexão, sendo uma sem confinamento e sem adição de fibra, a segunda com confinamento e sem adição de fibra, a terceira com fibra e sem confinamento e, por fim, uma viga de concreto com adição de fibra e confinamento do concreto. Foi analisado a abertura de fissura por meio do software GOM Correlate e realizou-se uma análise teórica comparando os resultados experimentais com os valores determinados pela ACI 440.1R e Prática Recomendada IBRACON/ABECE. Como resultado dos ensaios experimentais, foi observado que tanto a adição de fibra quanto o confinamento do concreto contribuíram com um pequeno aumento da capacidade de carga e ductilidade. A junção da adição de fibra e do confinamento do concreto proporcionaram um aumento significativo na ductilidade e na capacidade de carga última, além de uma pequena contribuição na rigidez. A viga referência apresentou grandes deformações na armadura longitudinal, enquanto as vigas com intervenções mostraram armaduras com menor deformação de tração e rigidez semelhantes. Na carga última, a adição de fibra e o confinamento do concreto contribuíram para diminuir a propagação de fissura na viga, enquanto a fibra descontínua e o confinamento, de maneira isolada, influenciaram de modo similar na restrição de abertura de fissura. As análises teóricas pela ACI 440.1R-15 e pela Prática Recomendada (2021) subestimaram os valores de flecha de vigas de concreto armado com barras de BFRP. A previsão da abertura de fissura pela Prática Recomendada apresentou valores superiores ao resultado experimental, mantendose próximos

Fiber reinforced polymeric materials (FRP) have been used as a reinforcement element in concrete structures. Basalt fiber reinforced polymers (BFRP) stand out for their cost-benefit ratio, resistance in corrosive environments and light weight. They also have low thermal conductivity, electromagnetic transparency, low environmental impact and versatility concerning geometry and mechanical properties. Despite the advantages, BFRP bars have a brittle behavior, elastic modulus and adherence to concrete lower than steel bars. This work aims to analyze the behavior of reinforced concrete beams with basalt fiber reinforced polymer bars (BFRP), with the addition of discontinuous synthetic fibers and concrete confinement to improve ductility, stiffness and reduce cracks width. For this, four reinforced concrete beams reinforced with BFRP bars were subjected to flexure, one without confinement and without addition of fiber, the second one with confinement and without addition of fiber, the third with fiber and without confinement and, fourth one with addition of fiber and concrete confinement. The crack width was analyzed using GOM Correlate software and a theoretical analysis was carried out comparing the experimental results with the values determined by the ACI 440.1R and Recommended Practice IBRACON / ABECE (2021). As a result of the experimental tests, it was observed that both the addition of fiber and the confinement of the concrete contributed with a small increase in load capacity and ductility. The combination of fiber addition and concrete confinement provided a significant increase in ductility and ultimate load capacity, in addition to a small contribution to stiffness. The reference beam showed increased strain in BFRP reinforcement, while the beams with interventions reinforcement had similar lower tensile strain and stiffness. In the ultimate load, the fiber addition and concrete confinement contributed to decrease the crack propagation, while a discontinuous fiber and the confinement, separately, were similarly influenced the crack opening constraint. Theoretical analyzes by ACI 440.1R-15 and by Recommended Practice underestimated the deflection values of reinforced concrete beams with BFRP bars. The prediction of crack opening by Recommended Practice values higher than the experimental result, yet remaining close.