Tesi doctoral de Younes Jahani "Effect of temperature on the flexural behavior of NSM CFRP-strengthened RC beams under time-dependent loading and fatigue". Direcció: Dra. Marta Baena Muñoz. Departament d'Enginyeria Mecànica i de la Construcció Industrial.
Hi ha una tendència cada vegada més generalitzada cap a la rehabilitació i el reforç de les estructures existents de formigó armat (FA) degut als costos associats a la seva substitució i a l’impacte ambiental derivat del consum de matèries primeres associat a la nova construcció. En aquest context, els polímers reforçats amb fibres (FRP, de l’anglès fiber reinforced polymer) es presenten com una solució excel·lent per al reforç estructural, sent la tècnica del reforç inserit en el recobriment del formigó (NSM, de l’anglès near surface mounted) una de les principals tècniques emprades degut als avantatges que aquesta ofereix enfront al reforç extern (EBR, de l’anglès externally bonded reinforcement). No obstant, malgrat els avantatges del reforç NSM, la fallada prematura per desenganxament continua sent una problemàtica.
L’eficàcia de qualsevol sistema de reforç estructural depèn de la capacitat de transmissió d’esforços de la unió, que depèn parcialment de les propietats mecàniques del material adherent. En aquest sentit, les resines epoxídiques son el material adherent més utilitzat en la tècnica de reforç NSM. Ara bé, degut a la naturalesa d’aquests adhesius, el seu comportament es pot veure afectat per temperatures properes o superiors a la seva temperatura de transició vítria (Tg) i poden experimentar canvis en les seves propietats mecàniques.
D’altra banda, encara que el reforç amb NSM FRP ha estat objecte d’un esforç creixent en recerca, es requereixen més estudis per entendre millor el seu comportament a llarg termini. En aquest sentit, la fluència i la retracció del formigó, així com la fluència de l’epoxy, prenen una gran importància, que és de gran rellevància si es té en compte que aquests fenòmens depenen de les condicions ambientals. D’altra banda, també és necessari estudiar el comportament d’aquests elements reforçats sota càrregues de fatiga.
L’objectiu d’aquest treball és l’estudi experimental i analític del comportament de bigues de FA reforçades amb FRP a base de fibres de carboni (CFRP, de l’anglès carbon fiber reinforced polimers) mitjançant la tècnica NSM, que es troben sotmeses a temperatures de servei elevades. Aquest estudi inclou el comportament instantani, el comportament a llarg termini sota càrregues mantingudes i el comportament sota càrregues de fatiga. Amb aquesta finalitat, s’ha portat a terme un primer programa experimental per investigar el comportament instantani (càrrega monotònica fins a ruptura) a flexió que incloïa un total de 14 bigues. Els paràmetres de l’estudi han estat la quantia de reforç de CFRP, el tipus de formigó i la temperatura. Per complementar aquest primer programa experimental, s’han realitzat prediccions analítiques de la relació càrrega-fletxa de les bigues assajades, en les que s’ha tingut en compte l’efecte de la retracció del formigó.
A partir dels resultats de l’estudi del comportament instantani a flexió, s’ha dissenyat un extens programa experimental (amb més de 113 mostres d’adhesiu epoxy) per l’estudi de l’efecte de la temperatura (temperatura de curat, temperatura de post-curat i temperatura d’assaig) sobre les propietats mecàniques (tracció i compressió) de l’epoxy. El rang de valors de temperatura aplicada es corresponia amb les temperatures aplicades a l’estudi del comportament instantani a flexió (és a dir, des dels 20 °C fins als 85 °C).
Posteriorment, s’ha portat a terme un programa experimental per investigar el comportament a llarg termini sota càrregues mantingudes amb els següents paràmetres d’estudi: quantia d’armadura d’acer, quantia de reforç de CFRP i temperatura aplicada durant la càrrega mantinguda. Del total de 23 bigues assajades, es van assajar 10 bigues sota càrrega monotònica fins a ruptura, es van assajar 10 bigues sota càrrega mantinguda a llarg termini (que posteriorment es van assajar fins a ruptura) i es van deixar 3 bigues reposant al laboratori, per tal d’analitzar l’efecte de l’envelliment. Addicionalment, també s’ha estudiat el comportament sota càrrega mantinguda dels diferents materials involucrats (formigó i epoxy). Finalment, s’ha implementat una metodologia, basada en el mètode del mòdul efectiu ajustat (AEMM, de l’anglès aged adjusted modulus method), per la predicció analítica de la fletxa a llarg termini, que ha demostrat donar bons resultats.
La tesi conclou amb un últim programa experimental on s’ha investigat l’efecte de la temperatura sobre el comportament a fatiga de bigues de FA reforçades amb CFRP mitjançant la tècnica NSM. S’han assajat un total de 11 bigues, de les quals 3 van ser assajades monotònicament fins a ruptura i 8 van ser sotmeses a cicles de fatiga. Els paràmetres estudiats han estat la quantia de reforç de CFRP, el nivell de càrrega de fatiga aplicat i la temperatura aplicada durant l’assaig de fatiga. L’assaig a fatiga va ser dissenyat per durar 2 milions de cicles (o fins a ruptura de la biga) a una freqüència de 2 Hz.