Estudo do comportamento de vigas reforçadas com barras de compósito em fibra de basalto

Abstract

Resumo: O polímero reforçado com fibra de basalto (Basalt Fiber Reinforced Polymer – BFRP) tem ganhado notoriedade nos últimos tempos em aplicações na construção civil, sobretudo devido à elevada durabilidade. Como é um produto relativamente novo as normativas não contemplam o dimensionamento com esse tipo de material, sendo necessárias pesquisas para conhecer o seu comportamento. No presente trabalho foram ensaiadas e analisadas vinte vigas com e sem estribos, sendo doze reforçadas exclusivamente com BFRP e oito com aço. As vigas estudadas são biapoiadas, ensaiadas sob flexão 3 pontos, com seção transversal de 100 mm x 200 mm e vão de 980 mm. A análise consistiu na correlação de imagem digital, comparativo com modelos analíticos de normativas (ACI 318-19, ACI 440.1R-15 e ISIS) e com modelos numéricos desenvolvidos no software DIANA 10.3. A correlação de imagem digital mostrou excelentes resultados, onde foi possível remover as interferências externas, como deformações do conjunto hidráulico e dos apoios. Através da correlação de imagem digital foram obtidas a deflexão real da viga, o instante da primeira fissura bem como a abertura da fissuras em função da carga. Na resistência à flexão, para as vigas com aço o ACI 318-19 apresentou resultados bastante conservadores, para as vigas com BFPR as normas ACI 440.1R-15 e ISIS também tendem a apresentar valores conservadores, porém as preconizações da norma ISIS são mais próximas da realidade. Para o momento de fissuração, as vigas com reforço em aço, com e sem estribos apresentaram valores superiores ao previsto no ACI 318-19. Para as vigas com BFRP sem estribos o ACI 440.1R-15 e a ISIS superestimam o momento de fissuração, para as vigas sem estribos ambas as normativas preveem valores adequados. Na avaliação das deflexões, todas as previsões dos modelos analíticos, tanto para as vigas com aço quanto com BFRP, foram menores que as verificadas experimentalmente, além disso, em decorrência do menor módulo de elasticidade, as vigas com BFRP atingem a deflexão de serviço sob ação de cargas menores que as vigas com aço. Na resistência ao cisalhamento das vigas com BFRP, o ACI 440.1R-15 subestima a resistência do concreto e superestima a resistência dos estribos; a ISIS prevê valores razoáveis para a resistência ao cisalhamento do concreto e dos estribos. Para abertura de fissuras, as vigas com BFRP e com estribos apresentam boa correlação com os valores previstos nas normativas. No comparativo com modelo numérico, as vigas com aço e com estribos apresentam boa correlação, já para as vigas com BFRP e com estribos existe certa divergência, porém verificou-se que para vigas mais rígidas, com maiores bitolas, os resultados são melhores. Para as vigas sem estribos a correlação do modelo numérico com o experimental fica aquém do ideal.

Abstract: Basalt Fiber Reinforce Polymer(BFRP) are becoming popular in civil construction industry due to their excellent corrosion resistance. As a new product, current standards does not provide parameters for structural design using BFRP, therefore researches are necessary to determine the material behaviour. In order to provide content to remedy this shortcoming, a research were carried out aiming test and analyse twenty beams with and without stirrups, twelve reinforced uniquely with BFRP and eight with conventional steel. All beams are simply supported, tested under three-point bending, with cross section of 100 mm x 200 mm and span of 980 mm. Analysis consists in perfom digital image correlation, comparison with desing standards (ACI 318-19, ACI 440.1R-15 and ISIS) and with finite element models developed using DIANA 10.3. Digital image correlation showed good results, allowing to remove external interference as deformation in supports and hydraulic components. Digital image correlation also provided means to obtain real deflection of the beam, first crack instant and crack opening in fuction of load appliccation. Evaluation of flexure resistance in steel reinforced beams showed that ACI 318-19 provides conservative results, in BFRP reinforced beams ACI 440.1R-15 and ISIS also provided conservative results, but ISIS values are closer to reality. For cracking moment, steel reinforced beams with and without stirrups have experimental values greater than ACI 318-19 provisions. In BFRP reinforced beams without stirrups, ACI 440.1R-15 and ISIS overstate cracking moment, for beams with stirrups both standards provide appropriate values. Considering deflections, for BFRP and steel reinforced beams, standards predict values that are smaller than verified in the tests, in addition, it is worth mentioning that due low elastic modulus, BFRP reinforced beams reach service requirements under loads smaller than their counterparts in steel. In shear assessment, ACI 440.1R-15 understates concrete resistance and overstates stirrups resistance; ISIS, in turn, provides appropriate values for concrete and stirrups shear resistance. Cracking opening evaluation showed that BFRP reinforced beams with stirrups are in accordance with standards provisions. In the numerical analysis, finite element model showed good agreement with tests for BFRP and steel reinforced beams with stirrups, on the other hand, for beams without stirrups there are a mismatch, however, for stiffer beams, with larger diameters, results are better. Numerical values for beams without stirrups are underperforming.