Estudo da ligação entre componentes estruturais de GFRP (glass fiber reinforced polymer) e componentes estruturais em betão

Abstract

O trabalho desenvolvido nesta dissertação decorreu no âmbito do projeto de investigação RehabGFRP que decorreu no Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho. No âmbito deste projeto, foi desenvolvido um novo sistema estrutural em laje sandwich formada por camada inferior de tração e nervuras transversais em material polimérico reforçado com fibra de vidro (GFRP- glass fiber reinforced polymer), núcleo em material leve com propriedades de isolamento térmico (espuma de poliuretano) e camada superior de compressão realizada em argamassa. Esta argamassa tem como finalidade aumentar a rigidez à flexão da laje, aumentar a resistência à encurvadura local das nervuras transversais de GFRP, contribuir para a resistência e a ductilidade no comportamento estrutural da laje e melhorar o seu desempenho termo-acústico. O painel sandwich proposto tem como principal aplicação a reabilitação estrutura de edifícios de alvenaria onde se preservam as paredes resistentes e se pretende remodelar os pavimentos. Trata-se de um tipo de laje com peso próprio muito inferior a qualquer outra solução construtiva existente. Neste trabalho, pretende-se estudar soluções otimizadas que garantam a ligação entre as nervuras de GFRP e a camada superior de argamassa. Para tal, são avaliadas três tipologias diferentes de conexão, nomeadamente o conector liso, o conector perfurado e o conector indentado. Todos estes conectores são realizados nas nervuras de GFRP. Para cada tipologia de conectores em estudo avalia-se também a influência de considerar duas espessuras diferentes, neste caso de 4 e de 6 mm. Para estudar as ligações mencionadas, são efetuados ensaios experimentais de tipo pull-out, que permitem avaliar a capacidade resistente da ligação ao arranque. Esta configuração de ensaio permite avaliar a resistência e adequabilidade do GFRP utilizado, a contribuição da aderência entre as superfícies de GFRP e de argamassa, a contribuição dos pinos de betão que se mobilizam nas aberturas do conector e a contribuição da forma das aberturas. Previamente à realização dos ensaios experimentais é efetuado o fabrico e a produção dos diversos provetes que são utilizados no estudo. São também realizados ensaios de caraterização mecânica da argamassa de ultra elevada ductilidade (DHCC - Deflection Hardening Cement Composites) utilizada e ensaios de caracterização das soluções de GFRP definidas para a camada inferior e para as nervuras.

The work presented in this master's thesis was developed as part of the research project RehabGFRP which took place in the Department of Civil Engineering on University of Minho. A new structural sandwich slab system that consists of a lower GFRP tensile skin and GFRP transversal ribs made with polymeric material reinforced with glass fibers (GFRP - glass fiber reinforced polymer), an internal core made that uses lightweight material with thermal insulation properties (polyurethane foam) and a compression top layer made with special mortar. This mortar is used to increase the bending stiffness of the slab, to increase resistance to local buckling of the transverse ribs of GFRP, to contribute to the strength and ductility of the slab structural behavior and to improve their thermo-acoustic performance. The main application of the proposed sandwich panel is in the structural rehabilitation of masonry buildings which preserve the resistant walls. It is intended to be used in the refurbishment of these buildings floors. It is a type of slab whose dead weight is lower than any other existing constructive solution. In this work, it is intended to study optimized solutions that are able to provide the connection between the ribs of GFRP and the upper layer of mortar. As such, three different types of connection are evaluated: the plane connector, the perforated connector and the indented connector. All these connectors are made in the ribs of the GFRP. For each type of connectors under study, two different thicknesses are evaluated by considering, in this case, thicknesses of 4 mm and 6 mm. Experimental tests of pull-out type are performed in order to assess the bearing capacity of the connection. This test configuration allows to evaluate the resistance and the suitability of the used GFRP, the contribution of the adhesion between the surfaces of GFRP and mortar, the contribution of concrete pins that are mobilized in the connector openings and the contribution of the shape of the openings. The manufacture and production of many samples used in the study is performed previously to the execution of experimental tests. Mechanical characterization tests of ultra high ductility mortar (DHCC - Deflection Hardening Cement Composites) and characterization of GFRP solutions defined for the lower layer and the ribs tests, are also performed.