2.2.3.1. Classificação dos modos de ruína
Diversos modos de ruína em vigas de betão armado reforçadas à flexão por colagem exterior de sistemas FRP têm sido observados em numerosos estudos experimentais ( [20]- [23] ). Estes modos de ruína estão representados nas Figura 2.5 e 2.6.
a) Rotura do FRP b) Esmagamento do betão Figura 2.5: Modos de ruína convencionais [11].
a) Destacamento por fenda intermédia b) Destacamento devido a fenda diagonal crítica
c) Devido a fenda diagonal crítica com
destacamento do recobrimento d) Destacamento do recobrimento
e) Destacamento do recobrimento sob flexão pura
f) Destacamento na interface pela extremidade do FRP Figura 2.6: Modos de ruína por destacamento [11].
A ruína em vigas de betão armado reforçadas por colagem exterior de FRP pode ocorrer de forma convencional na secção crítica (Figura 2.5) ou por destacamento prematuro do reforço (Figura 2.6). Nas roturas convencionais a acção conjunta entre o betão e o FRP é mantida até ao colapso da estrutura. Nas roturas por destacamento a acção conjunta entre o betão e o FRP é perdida antes da rotura dos materiais.
Como referido anteriormente, o primeiro tipo de roturas caracteriza-se pelo eficaz funcionamento da ligação ao material compósito até que qualquer um dos materiais constituintes do sistema atinja a sua tensão limite, tratando-se, por isso, da configuração de rotura mais desejável. Nesta classe pode haver três tipos de ruínas:
Cedência da armadura de aço seguido do esmagamento do betão (Figura 2.5.b);
Cedência da armadura de aço seguido da rotura do FRP (Figura 2.5.a).A ruína por destacamento do reforço ocorre, geralmente, no betão. Isto acontece porque com os resistentes adesivos actualmente disponíveis e com uma preparação adequada da superfície do betão, a rotura nas interfaces físicas entre o betão e o adesivo e entre o adesivo e o compósito de FRP não são geralmente críticas [11]. A rotura coesiva pelo compósito de FRP, caracterizada pela delaminação das fibras do compósito, tem muito menor probabilidade de ocorrer [2].
O destacamento do reforço pode iniciar-se numa fenda de flexão ou flexão-corte na zona de momentos elevados e depois propagar-se horizontalmente para uma das extremidades do reforço (Figura 2.6.a). Este modo de ruína é chamado de fenda intermédia que provoca destacamento pela interface (ou destacamento por fenda intermédia) (“intermediate crack (IC)
induced interfacial debonding” na literatura internacional) ( [20], [24] - [26]). Alerta-se para o
facto que “pela interface” não ser considerado somente a real interface física entre os materiais mas considerando também a camada de betão adjacente à colagem.
O destacamento pode também ocorrer na extremidade, ou próximo da extremidade do laminado de FRP (na zona de ancoragem) de quatro modos diferentes:
Destacamento devido a fenda diagonal crítica (“critical diagonal crack, CDCdebonding”) - (Figura 2.6.b) [21];
Devido a fenda diagonal crítica com destacamento do recobrimento (“CDCdebonding with concrete cover separation”) - (Figura 2.6.c) [23];
Por destacamento do recobrimento (“concrete cover separation”) - (Figura 2.6.d 2.6.e) [24];
Destacamento da interface na extremidade do FRP (“plate end interfacialdebonding”) - (Figura 2.6.f) [24].
2.2.3.2. Destacamento por fenda intermédia
Quando uma fenda de flexão ou flexão-corte se forma no betão com abertura significativa, há um imediato e muito localizado, destacamento do reforço nas proximidades da fenda. No entanto, não é um destacamento capaz de se propagar por si só. As tensões de tracção libertadas pelo betão fendilhado são transferidas para o reforço de FRP e para a armadura longitudinal de aço, resultando em elevadas tensões de corte entre o betão e o FRP nas proximidades da fenda. À medida que a carga aplicada aumenta, as tensões de tracção no FRP aumentam e consequentemente aumentam também as tensões interfaciais entre o betão e o FRP nas proximidades da fenda, propagando o destacamento até uma das extremidades do laminado de FRP.
Na Figura 2.7 pode observar-se uma imagem típica de fenda de flexão que provoca destacamento, onde se observa que uma fina camada de betão permanece ligada ao laminado de FRP, indicando que a rotura ocorreu no betão adjacente à colagem. Os destacamentos devido a fendas intermédias são mais prováveis de ocorrer em vigas com uma menor altura e são geralmente menos frágeis que os destacamentos pelas extremidades do FRP [11].
Figura 2.7: Destacamento por fenda intermédia [11].
2.2.3.3. Destacamento do recobrimento
O destacamento do recobrimento envolve a propagação de uma fenda junto à armadura longitudinal de aço (Figura 2.8), originando um modo de ruína bastante frágil. A ruína por destacamento do recobrimento é iniciada pela criação de uma fenda perto do final da extremidade do FRP. A fenda propaga-se até à armadura interior de aço e depois ao longo desta, resultando no destacamento do recobrimento. Como a rotura ocorre afastada do plano de colagem não é propriamente uma ruína por destacamento, embora esteja estritamente associada à concentração de tensões junto à extremidade do FRP [11].
Figura 2.8: Destacamento do recobrimento [11].
2.2.3.4. Destacamento pela interface na extremidade do FRP
Este tipo de ruína é iniciado pelas grandes tensões de corte e normais na interface junto à extremidade do laminado de FRP que excede a resistência máxima de um dos materiais, geralmente a do betão. O destacamento inicia-se numa extremidade do compósito de FRP e propaga-se para o meio-vão da viga (Figura 2.6.f e 2.9). Este tipo de ruína só é susceptível de ocorrer quando o laminado de FRP é significativamente mais estreito que a secção da viga, caso contrário, a ruína caracteriza-se pelo destacamento do recobrimento (ou seja, a ruína é controlada pela interface armadura de aço/betão) [11].
Figura 2.9: Destacamento pela interface na extremidade do FRP [11].
2.2.3.5. Destacamento devido a fenda diagonal crítica
Este modo de ruína por destacamento ocorre em vigas reforçadas à flexão onde o compósito de FRP é colocado numa zona de esforço transverso elevado e momento flector reduzido (por exemplo, a extremidade do laminado perto do apoio de uma viga simplesmente apoiada) e com insuficiente armadura transversal. Nestas vigas forma-se uma fenda de corte principal (fenda diagonal crítica) que intersecta o laminado de FRP, geralmente perto da extremidade. À medida que a fenda aumenta são geradas maiores tensões interfaciais entre o reforço e o betão, levando à eventual ruína da viga por destacamento do FRP desde a fenda de corte até à extremidade do laminado (Figura 2.10) [11].
Numa viga com suficiente armadura transversal, formam-se várias fendas de corte de menor abertura em vez de uma fenda de corte principal tornando este modo de ruína menos provável. O modo de ruína provocado por fenda diagonal crítica é assim relacionado com o modo de ruína por destacamento do recobrimento [23].
Figura 2.10: Destacamento devido a fenda diagonal crítica [11].
2.2.3.6. Outros aspectos do destacamento
O risco de destacamento aumenta devido a vários factores associados à qualidade de aplicação
in-situ. Estes incluem uma insuficiente preparação da superfície na aplicação e o uso de
adesivos de pior qualidade. Os efeitos destes factores podem ser minimizados se no processo de aplicação forem considerandos alguns aspectos para garantir que o processo de destacamento é
controlado pelo betão. A cuidadosa preparação da superfície é um factor crítico para um bom desempenho da ligação. Além disso, as irregularidades da superfície do betão podem causar destacamento localizado do laminado de FRP sendo, no entanto, menos provável que causem o destacamento completo da estrutura de betão [11].
Alerta-se para o facto de os casos gerais dos modos de ruína aqui relatados se referirem a estruturas reforçadas à flexão, sem presença adicional de elementos exteriores de restrição dos fenómenos de destacamento do reforço, nomeadamente, sistemas de ancoragem das extremidades ou sistemas adicionais de reforço ao corte (com ou sem envolvimento do laminado de reforço à flexão) [11].