Avaliação de GFRP

Uma alternativa não metálica aos vergalhões de aço que reforçam os tabuleiros de pontes de concreto tem o potencial de ser mais duradouro e mais econômico para manter as pontes mantidas no clima severo de Minnesota. Estudos iniciais mostram que o desempenho de tabuleiros de pontes construídos com polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) é comparável - se não melhor do que - tabuleiros construídos convencionalmente.

A corrosão do reforço de aço embutido no concreto é a principal causa da degradação do tabuleiro da ponte. Os danos ocorrem quando a umidade e os cloretos dos sais das estradas penetram nas superestruturas das pontes e corroem o aço. Os ciclos de congelamento e degelo durante os rigorosos invernos de Minnesota podem ampliar os efeitos, levando a rachaduras no concreto, que expõe ainda mais o reforço embutido.

O vergalhão GFRP é uma alternativa não metálica ao vergalhão de aço convencional que não oxida ou enferruja, tornando-o altamente resistente à corrosão. O GFRP tem sido usado como reforço de tabuleiro de ponte em partes do Canadá, mas teve uso limitado apenas nos EUA. não houve problemas estruturais.

"Esta foi uma excelente oportunidade para comparar diretamente os tabuleiros de pontes adjacentes reforçados com GFRP e reforço revestido com epóxi. As tensões, deformações e deflexões de cada tabuleiro de ponte são muito semelhantes e o desempenho inicial foi excelente", disse Paul Rowekamp, ​​padrões de pontes e engenheiro de pesquisa, MnDOT Bridge Office.

Em 2018, o MnDOT construiu um par de pontes lado a lado - uma usando reforço de deck GFRP e a outra usando reforço de aço revestido com epóxi convencional - na Trunk Highway 169. Este projeto de construção apresentou uma oportunidade única para comparar o desempenho dos dois tipos de reforço, pois as pontes foram expostas aos mesmos estressores ambientais e experimentaram condições de tráfego muito semelhantes.

O objetivo deste projeto foi comparar o desempenho estrutural e a durabilidade de dois tabuleiros de pontes em serviço e avaliar o potencial do GFRP como alternativa ao reforço de aço tradicional.

Um esforço multifacetado que começou no momento da construção da ponte permitiu uma avaliação completa do desempenho do GFRP em comparação com o reforço de vergalhões de aço em tabuleiros de pontes. Primeiro, guiados pelo projeto da ponte, os pesquisadores instalaram sensores dentro das plataformas antes que o concreto fosse colocado. Isso ajudou a medir os desenvolvimentos de tensão e temperatura nos tabuleiros da ponte ao longo do tempo.

O monitoramento durante quase quatro anos incluiu a coleta de dados de temperatura e deformação dos sensores, avaliando as tensões associadas e comparando o desempenho com as diretrizes do projeto. As medições capturaram as respostas gerais e extremas do deck.

A instrumentação adicional anexada às vigas e aos tabuleiros da ponte mediu tensões e deformações durante o teste de sobrecarga imediatamente após a construção, após um ano e após dois anos. Os testes de sobrecarga replicaram os efeitos das cargas de tráfego e foram usados ​​para entender como as sobrecargas são distribuídas dos pontos de aplicação ao tabuleiro da ponte e vigas individuais.

As inspeções visuais do convés da ponte a cada seis meses ao longo do projeto permitiram que os investigadores avaliassem a condição de ambas as superestruturas da ponte, documentassem quaisquer rachaduras e explicassem as possíveis causas com base nos dados coletados do sensor.

No laboratório, amostras de GFRP fornecidas pela MnDOT foram submetidas a carga de tensão até a falha, permitindo aos pesquisadores desenvolver curvas tensão-deformação para confirmar as propriedades mecânicas do material. Por fim, análises de custo do ciclo de vida dos dois tabuleiros da ponte, incluindo construção, materiais, mão de obra, operação e custos de manutenção de longo prazo, avaliaram o potencial econômico do vergalhão de GFRP em comparação com o aço tradicional.

As comparações de desempenho de curto e longo prazo entre os tabuleiros da ponte não revelaram diferenças significativas ou qualquer comportamento incomum em qualquer um deles.