Análise experimental do comportamento e durabilidade de vigas de concreto armadas à flexão com barras de GFRP submetidas à ação de solução salina
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Tese |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
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| Departamento: |
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/22388 |
Resumo: | Considering the problems caused by corrosion of steel reinforcement in reinforced concrete structures, often associated with the action of chloride ions, Fiber Reinforced Polymers (FRP), which are non-metallic materials with high mechanical strength, magnetically inert and with good corrosion resistance, have shown to be a viable alternative. However, this material is also subject to degradation, and its relatively recent application in concrete structures implies a lack of data regarding its long-term behavior and durability, especially in Brazil. To anticipate these results, the application of accelerated degradation protocols combined with mechanical tests allows for a better understanding of the mechanical behavior and durability of the material in exposure environments over predefined periods. The objective of this study was to evaluate the durability of full-scale concrete beams reinforced with steel and Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars using the accelerated conditioning protocols of ACI 440.9R (2015). The experimental program initiated by Mazzú (2020) was completed, exposing reinforced concrete beams to laboratory conditions and saline solution for 1000, 5000, and 10000 hours. Three-point bending tests were conducted to assess the mechanical behavior and durability after the complete accelerated degradation cycle. An additional experimental program was carried out in which GFRP bars, both unprotected and protected by concrete, were subjected to the same conditions as the beams and evaluated through mechanical and microstructural tests to investigate their durability and degradation mechanisms. After 5000 hours of saline immersion, the GFRP-reinforced beams showed a 12% reduction in load capacity and a 13% reduction in stiffness, demonstrating the efficiency of the applied protocol in accelerating degradation. GFRP bars protected by concrete showed greater reduction in tensile strength after 10000 hours of exposure compared to unprotected GFRP bars (62.99% and 47.85%, respectively), due to the influence of concrete alkalinity. However, the degradation mechanism was the same for both conditions, mainly based on polymer matrix hydrolysis. |
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Mazzú, Amanda Duarte EscobalDalfré, Gláucia Mariahttp://lattes.cnpq.br/0066111999826468Possan, Ednahttp://lattes.cnpq.br/0581995805825838http://lattes.cnpq.br/7277640376043486https://orcid.org/0000-0001-9383-3260https://orcid.org/0000-0003-3623-5103https://orcid.org/0000-0002-3022-74202025-07-22T18:16:15Z2025-05-19MAZZÚ, Amanda Duarte Escobal. Análise experimental do comportamento e durabilidade de vigas de concreto armadas à flexão com barras de GFRP submetidas à ação de solução salina. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22388.https://hdl.handle.net/20.500.14289/22388Considering the problems caused by corrosion of steel reinforcement in reinforced concrete structures, often associated with the action of chloride ions, Fiber Reinforced Polymers (FRP), which are non-metallic materials with high mechanical strength, magnetically inert and with good corrosion resistance, have shown to be a viable alternative. However, this material is also subject to degradation, and its relatively recent application in concrete structures implies a lack of data regarding its long-term behavior and durability, especially in Brazil. To anticipate these results, the application of accelerated degradation protocols combined with mechanical tests allows for a better understanding of the mechanical behavior and durability of the material in exposure environments over predefined periods. The objective of this study was to evaluate the durability of full-scale concrete beams reinforced with steel and Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars using the accelerated conditioning protocols of ACI 440.9R (2015). The experimental program initiated by Mazzú (2020) was completed, exposing reinforced concrete beams to laboratory conditions and saline solution for 1000, 5000, and 10000 hours. Three-point bending tests were conducted to assess the mechanical behavior and durability after the complete accelerated degradation cycle. An additional experimental program was carried out in which GFRP bars, both unprotected and protected by concrete, were subjected to the same conditions as the beams and evaluated through mechanical and microstructural tests to investigate their durability and degradation mechanisms. After 5000 hours of saline immersion, the GFRP-reinforced beams showed a 12% reduction in load capacity and a 13% reduction in stiffness, demonstrating the efficiency of the applied protocol in accelerating degradation. GFRP bars protected by concrete showed greater reduction in tensile strength after 10000 hours of exposure compared to unprotected GFRP bars (62.99% and 47.85%, respectively), due to the influence of concrete alkalinity. However, the degradation mechanism was the same for both conditions, mainly based on polymer matrix hydrolysis.Tendo em vista os problemas enfrentados devido à corrosão das armaduras de aço em estruturas de concreto armado, frequentemente associados à ação de íons cloreto, as armaduras de Polímeros Reforçados com Fibras (Fiber Reinforced Polymer – FRP), materiais não metálicos com alta resistência mecânica, magneticamente inertes e com boa resistência à corrosão, têm se mostrado uma alternativa viável. Contudo, esse material também está sujeito à degradação, e sua aplicação relativamente recente em estruturas de concreto implica na carência de resultados sobre seu comportamento e durabilidade a longo prazo, especialmente no Brasil. Para antecipar esses resultados, a aplicação de protocolos de degradação acelerada, combinados a ensaios mecânicos, permitem compreender o comportamento mecânico e a durabilidade do material em ambientes de exposição durante períodos pré-definidos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a durabilidade de vigas de concreto armadas com barras de aço e de Polímero Reforçado com Fibras de Vidro (Glass Fiber Reinforced Polymer – GFRP), em escala real, por meio da aplicação dos protocolos de acondicionamento acelerado do ACI 440.9R (2015). Para isso, foi finalizado o programa experimental iniciado por Mazzú (2020), no qual vigas de concreto armado foram expostas a ambiente laboratorial e imersas em solução salina durante 1000, 5000 e 10000 horas. Ensaios de flexão em três pontos foram realizados para analisar o comportamento mecânico e a durabilidade após o ciclo completo de degradação acelerada. Além disso, foi realizado um programa experimental adicional, no qual barras de GFRP, desprotegidas e protegidas por concreto, foram submetidas às mesmas condições das vigas e avaliadas por ensaios mecânicos e microestruturais para investigar a durabilidade e os mecanismos de degradação. Após 5000 horas de imersão em solução salina, as vigas com armadura de GFRP apresentaram redução de 12 % na capacidade resistente e de 13 % na rigidez, demonstrando a eficiência do protocolo aplicado para acelerar a degradação. As barras de GFRP protegidas por concreto apresentaram maior redução da resistência à tração após 10000 horas de exposição em relação às barras de GFRP desprotegidas (62,99 % e 47,85 %, respectivamente), devido à influência da alcalinidade do concreto. Contudo, o mecanismo de degradação foi o mesmo, baseado principalmente na hidrólise da matriz polimérica.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECivUFSCarAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURASENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL::MATERIAIS E COMPONENTES DE CONSTRUCAOConcretoGFRPDurabilidadeAcondicionamento aceleradoDegradaçãoAnálise experimental do comportamento e durabilidade de vigas de concreto armadas à flexão com barras de GFRP submetidas à ação de solução salinaExperimental analysis of the behavior and durability of concrete beams reinforced in flexure with GFRP bars subjected to saline solution exposureinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese - Amanda Duarte Escobal Mazzú - Final.pdfTese - Amanda Duarte Escobal Mazzú - Final.pdfapplication/pdf14643386https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f1797b9f-4770-4a66-ada6-adccc9f63ae3/download0f506356a7f3631f7a0b3a76b19ceb8cMD51trueAnonymousREADTEXTTese - Amanda Duarte Escobal Mazzú - Final.pdf.txtTese - Amanda Duarte Escobal Mazzú - Final.pdf.txtExtracted texttext/plain102488https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/37bd0dc8-2582-4d41-b551-4bc2b9a55468/download1d458ea2e64b965c592d75dfa8fac55bMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILTese - Amanda Duarte Escobal Mazzú - Final.pdf.jpgTese - Amanda Duarte Escobal Mazzú - Final.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4937https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/19ba8e0f-4746-4a3e-a6af-b00fcae46ecb/download4388aa6c41bd44b9f62ef8fce78460d2MD55falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8900https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9605c320-4225-49d4-84e1-8ecdda93401e/download8c77c82fc92afed9d3a102b25078ca0dMD53falseAnonymousREAD20.500.14289/223882025-07-23T03:02:42.842060Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/Attribution-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22388https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-07-23T03:02:42Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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