Estudo do efeito hidrotérmico no comportamento mecânico de vigas de concreto armado com barras de polímero reforçado com fibras de vidro.

Abstract

As barras de polímero reforçado com fibras (FRP do inglês fiber-reinforced polymer) são materiais compósitos formados pela união de fibras longas com uma matriz polimérica, encontradas no mercado brasileiro constituídas de resinas epóxi, poliéster ou vinil éster. Elas estão sendo utilizadas, nas últimas décadas, como reforço interno para estruturas de concreto, por apresentar boas propriedades mecânicas, um baixo peso específico, transparência eletromagnética e característica não corrosiva. Contudo, a matriz polimérica pode se degradar quando exposta a ambientes alcalinos, como a solução presente nos poros do concreto. Este trabalho abordou o uso de estruturas de concreto armado com barras de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP do inglês glass fiber-reinforced polymer), que possuem matriz de poliéster. O foco foi o processo de degradação das barras devido a alcalinidade do concreto e os impactos no comportamento mecânico de vigas. Para isso, barras de GFRP foram submetidas a um processo de condicionamento acelerado por imersão em solução alcalina que simula a solução de poros do concreto à 30°C, 40°C e 60°C. Além disso, vigas armadas e barras de GFRP foram imersas em água à 60°C. Os processos de condicionamento acelerado foram realizados por até seis meses. Os resultados mostraram que barras de GFRP com resina poliéster apresentam uma alta absorção de água. Quanto aos ambientes de condicionamento, o ambiente alcalino foi mais severo para as barras em comparação ao ambiente aquoso, mas ambos com elevado nível de degradação. A retenção de resistência à tração das barras diminui com o incremento da temperatura, sendo de 46,92% em barras submetidas a uma temperatura de 60°C em ambiente alcalino por 90 dias. Um modelo preditivo baseado na relação de Arrhenius, mostraram que a resistência à tração reduz até um nível quase estável, independente da temperatura aplicada. As vigas reduziram sua capacidade de carga, 63,22% e 55,61% para vigas sem e com pré-fissura, respectivamente. O padrão de fissuração foi alterado após o condicionamento, indicando que a aderência barra-concreto foi afetada.

Fiber-reinforced polymer (FRP) bars are composite materials composed of long fibers impregnated in a polymeric matrix which can be epoxy, polyester, or vinyl ester. In recent decades they have been used as internal reinforcement for concrete structures due to their good mechanical properties, low specific weight, electromagnetic transparency, and non-corrosiveness. However, the polymer matrix may degrade when exposed to alkaline environments, such as the concrete pore solution. This work dealt with the application of concrete structures reinforced with glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars, which have a polyester matrix. The focus was on the degradation process of GFRP bars due to concrete alkalinity and the resulting impact on the mechanical behavior of concrete beams. To achieve this, GFRP bars underwent an accelerated conditioning process through immersion in a simulated alkaline solution of the concrete pore solution at 30°C, 40°C and 60°C. Additionally, concrete beams and GFRP bars were immersed in water at 60°C. The accelerated conditioning process lasted for a maximum of six months. The results exposed that GFRP bars with polyester matrix has a higher absorption rate. It is important to note that the alkaline environment is more severe to bar’s behavior than the aqueous environment, however both with high degradation rate. The tensile strength retention decreases with the temperature increasing. The maximum tensile strength retention was 46,92% for bars in alkaline solution at 60°C for 90 days. A predictive model based on Arrhenius equation shows that the reduction in the tensile strength converges to a quasi-steady state, regardless of temperature. The load capacity and maximum deflection of reinforced-concrete beams decrease 63,22% and 55,61% for reinforced-beams without and with pre cracks, respectively. The cracking pattern changed after the conditioning procedure, suggesting that the concrete-bar adherence was affected.