Experimental analysis of reinforced concrete beams strengthened in bending with carbon fiber reinforced polymer

• Published in: Revista IBRACON de estruturas e materiais Vol. 9; no. 1; pp. 123 - 152
• Main Authors: VIEIRA, M. M., SANTOS, A. R. S., MONT'ALVERNE, A. M., BEZERRA, L. M., MONTENEGRO, L. C. S., CABRAL, A. E. B.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto 01.02.2016; Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON)
• Subjects: carbon fiber reinforced polymer; ENGINEERING, CIVIL; flexural strengthening; reinforced concrete beam; carbon fiber reinforced polymer; viga de concreto armado; polímero reforçado com fibra de carbono; flexural strengthening; reinforced concrete beam; reforço à flexão
• ISSN: 1983-4195; 1983-4195
• DOI: 10.1590/S1983-41952016000100008

The use of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) has been widely used for the reinforcement of concrete structures due to its practicality and versatility in application, low weight, high tensile strength and corrosion resistance. Some construction companies use CFRP in flexural strengthening of reinforced concrete beams, but without anchor systems. Therefore, the aim of this study is analyze, through an experimental program, the structural behavior of reinforced concrete beams flexural strengthened by CFRP without anchor fibers, varying steel reinforcement and the amount of carbon fibers reinforcement layers. Thus, two groups of reinforced concrete beams were produced with the same geometric feature but with different steel reinforcement. Each group had five beams: one that is not reinforced with CFRP (reference) and other reinforced with two, three, four and five layers of carbon fibers. Beams were designed using a computational routine developed in MAPLE software and subsequently tested in 4-point points flexural test up to collapse. Experimental tests have confirmed the effectiveness of the reinforcement, ratifying that beams collapse at higher loads and lower deformation as the amount of fibers in the reinforcing layers increased. However, the increase in the number of layers did not provide a significant increase in the performance of strengthened beams, indicating that it was not possible to take full advantage of strengthening applied due to the occurrence of premature failure mode in the strengthened beams for pullout of the cover that could have been avoided through the use of a suitable anchoring system for CFRP. Os polímeros reforçados com fibra de carbono (PRFC) têm sido bastante utilizados no reforço de estruturas de concreto armado devido à sua praticidade e versatilidade na aplicação, baixo peso e elevada resistência à tração e à corrosão. Algumas empresas que atuam no mercado da construção civil utilizam o PRFC no reforço à flexão de vigas de concreto armado, contudo sem fazer uso de sistemas de ancoragem, o que influencia na capacidade resistente da viga. Portanto, o objetivo desse trabalho é analisar, por meio de um programa experimental, o comportamento estrutural de vigas de concreto armado reforçadas à flexão com PRFC variando-se a taxa de armadura e a quantidade de camadas do reforço, sem fazer o uso de sistemas de ancoragem. Para tanto, foram produzidos dois grupos de vigas de concreto armado, de mesma característica geométrica mas com taxas de armadura distintas. Cada grupo possuía cinco vigas: uma que não foi reforçada (de referência) e as demais reforçadas com duas, três, quatro e cinco camadas de fibra de carbono. As vigas foram dimensionadas utilizando-se uma rotina computacional desenvolvida no pacote comercial MAPLE, sendo posteriormente ensaiadas à flexão em 4 pontos até o seu colapso. Os ensaios experimentais comprovaram a eficácia do reforço, constatando-se que as vigas colapsavam com cargas superiores e deformações inferiores à medida que se aumentava a quantidade de camadas de fibra no reforço. Contudo o aumento do número de camadas não proporcionou um incremento expressivo na capacidade resistente das vigas reforçadas, indicando que não foi possível tirar proveito por completo do reforço aplicado devido a ocorrência nas vigas reforçadas do modo de ruína prematuro por arrancamento do cobrimento que poderia ter sido evitado com o uso de um sistema de ancoragem adequado para o PRFC.