New generation of structural reinforcement systems for concrete structures

Abstract

Civil engineering has an important role in our society, which is constantly demanding for innovative and sustainable products. It is the civil engineer duty to design efficient infrastructures capable of promoting the sustainability and durability of works of art. Over the last few years, studies in this sector have focused on the use of fibre reinforced polymer reinforcements, which was the subject of this work. Corrosion of steel reinforcement is a well-known weakness that can compromise the safe use of reinforced concrete (RC) structures. This leads to the need for rehabilitation and reinforcement of the built heritage, whose costs are, in many cases, so high that demolition is the only option with the consequent harmful economic, social, and environmental impacts. The preparation and assembly of conventional reinforcement has a significant impact in final cost, and these tasks are always associated with accidents involving workers. Thus, the present thesis aims to combine recent developments in the area of fabrication of fibre reinforced polymer (FRP) with those in the area of fibre reinforced concrete (FRC), to develop an alternative reinforcing system for reinforced concrete. In this dissertation, a 12m length single span beam for an office building with BCR (braided composite rods) of glass fibre strands, and SFRSCC (steel fibre reinforced self-compacting concrete) was studied. The evaluation of the behaviour of this structural system was performed based on the finite element method (FEM). In the first phase, three series of shallow beams failing in bending were tested to evaluate the potential of the numerical analysis on capturing the experimental results. The second phase focused on the conception of the numerical I beam model and subsequent analysis of the behaviour in bending. The main conclusions are presented.

A Engenharia civil tem atualmente um papel muito importante na nossa sociedade, a qual exige e necessita constantemente de produtos inovadores e sustentáveis. Cabe ao Engenheiro Civil dimensionar infraestruturas eficientes capazes de promover a sustentabilidade e durabilidade do ambiente construído. Ao longo dos últimos anos têm sido efetuados notáveis desenvolvimentos na utilização de materiais compósitos de matriz polimérica para o reforço de estruturas de betão, os quais serão tema neste trabalho. A corrosão das armaduras de aço é uma das maiores causas de patologias observadas nas estruturas de betão armado. Tal facto leva à necessidade de intervenções de reabilitação e de reforço do património construído, cujo custos são, em muitos casos, tão elevados que conduzem à opção pela demolição, com os consequentes impactos económicos, sociais e ambientais. O tempo de preparação e montagem das armaduras convencionais a aplicar em elementos estruturais de edifícios tem peso significativo no custo final destes, e a estas tarefas estão sempre associados o maior número de acidentes ocorridos com trabalhadores. Assim, na presente tese são realizados estudos combinando os recentes desenvolvimentos na área do fabrico de polímeros reforçados com fibras (FRP) com os desenvolvimentos na área do betão reforçado com fibras (FRC), de forma a constituir um sistema de reforço alternativo às soluções tradicionais em betão armado. Na presente dissertação, uma viga de secção I com vão de 12m, projetada para um edifício de escritórios, reforçada com varões compósitos entrelaçados (BCR) de fios de fibra de vidro (GFRP) e betão autocompactável reforçado com fibras de aço (SFRSCC) foi estudada. A avaliação do comportamento deste sistema estrutural realizou-se com recurso ao método dos elementos finitos. Numa primeira fase, três séries de lajes de baixa espessura sujeitas a flexão foram estudadas de forma a avaliar o potencial da simulação numérica em capturar resultados experimentais. Numa segunda fase procedeu-se à criação do modelo numérico da viga, a simulação do ensaio á flexão da viga e posterior análise. As principais conclusões são apresentadas.