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CutInDur - Long-term structural and durability performance of concrete elements strengthened with the NSM technique

2012-12-28

The main objective of the present research project is to contribute to the knowledge on the durability performance of the NSM technique with CFRP laminates under various conditions of environment, load and chemical degradation.

The project involves three components: an experimental program, a numerical simulation and design recommendations. The experimental program will be supported by accelerated ageing tests using two distinct scales: specimens for bond tests and slabs of quasi-real scale. With these specimens the following effects will be studied: moisture, chlorides, creep, freeze-thaw, thermal cycles and fatigue. The results obtained from the experimental programs will be used for predicting the service life of structures strengthened with the NSM technique supported in numerical models. These numerical models will be implemented in the finite elements software designated FEMIX. 2D and 3D models will be used in the simulation of the structural elements. The concrete will be simulated using an elasto-plastic multi-fixed smeared crack model. The FRP will be assumed as linear elastic until the ultimate stress is reached. Adequate models will be used to simulate the interfaces FRP bar/epoxy (BEI) and epoxy/concrete (ECI). The degradation effects referred before will be reflected in the constitutive models of concrete, FRP, epoxy, BEI and ECI. Design recommendations will be elaborated using the results obtained in the experimental programs and in the parametric studies performed by numerical simulations. Finally, since the Principal Investigator of the present project is the secretary of the RILEM Technical Committee DUC - Design procedures for the use of composites in strengthening of reinforced concrete structures, the most important conclusions will be also presented to these Committee and may be included in documents to be published.

Project ID: PTDC/ECM/112396/2009

Coordinator: José Manuel de Sena Cruz

Promoting Institution: University of Minho

Financing Institution: Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Budget: €178.498,00

Start date: 21-03-2011

End date: 20-03-2014

Companies/Institution that collaborated in this project:
- S&P Clever Reinforcement Ibérica, Lda. (www.reinforcement.ch)
- Casais - Engenharia e Construção, S.A. (www.casais.pt)
- Artecanter - Indústria de Transformação de Granitos, Lda. (www.artecanter.com)
- Tecnipor - Gomes & Taveira Lda. (www.tecnipor.com.pt)
- Vialam – Indústrias Metalúrgicas e Metalomecânicas, Lda.
- Hilti Portugal (www.hilti.pt)
- Novo Modelo Europa, S.A. (www.nmeuropa.pt)
- Sika Portugal - Produtos Construção e Indústria, S.A. (www.sika.pt)
- Cachapuz (www.cachapuz.com)

The main objectives of the present project were:

1 - The investigation of the fundamental parameters that influence, under long-term actions, the performance of the NSM technique in the context of bond and flexural strengthening;

2 - The characterization of the influence of chlorides, wet/dry, freeze/thaw and thermal cycling actions on the performance of the NSM technique (bond and flexural strengthening);

3 - The obtainment of predictions of service life due to the long-term actions;

4 - The achievement of reduction factors for the studied environments;

5 - The obtainment of stress limitation values for long-term actions;

6 - The development of numerical models to simulate the studied degradation effects in concrete elements strengthened with CFRP according to the NSM technique.

A1 - Project's management

A2 - Creep effect on the bond behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under different environments

A3 - Creep effect on the performance of reinforced concrete slabs strengthened with NSM CFRP laminate strips

A4 - Bond behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under fatigue loading

A5 - Reinforced concrete slabs elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under fatigue loading

A6 - Bond behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under different environmental loading

A7 - Environmental actions on the performance of reinforced concrete slabs strengthened with NSM CFRP laminate strips

A8 - Design recommendations for concrete elements strengthened with the NSM technique under long-term actions

BE 2012 – Encontro Nacional de Betão Estrutural, 24-26 October, Porto, Portugal.

BIC 2012 – Bond in Concrete 2012, 17-20 June 2012, Brescia, Italy.

FRPRCS 11 – 11th International Symposium on Fiber Reinforced Polymer for Reinforced Concrete Structures, 26-28 June 2013, Guimarães, Portugal.

SMAR 2013 – Second Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures, 9-11 September 2013, Istanbul, Turkey.

CICE 2014 – 7th international Conference on Fiber Reinforced Polymer Composites in Civil Engineering, 20-22 August 2014, Vancouver, Canada.

JPEE 2014 – 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, Encontro Nacional de Betão Estrutural 2014, 9o Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica, 26-28 November 2014, Lisbon, Portugal.

Prémios

1. No âmbito da reunião da ação COST TU 1207, que decorreu em Kaiserslautern, Alemanha, a 23 de outubro de 2014, realizou-se um concurso Best Poster Award. Das mais de 30 propostas apresentadas a concurso a equipa do CutInDur classificou-se em 1º lugar (apenas foram premiadas as três equipas melhor classificadas) com o Poster Intitulado: “Long-term structural and durability performance of concrete elements strengthened with the NSM technique.”

2. No âmbito do congresso FRPRCS-11, que decorreu em Guimarães de 26 a 28 de junho em 2013, realizou-se o concurso Best Poster Award tendo a equipa do CutInDur ganho o prémio para o melhor poster com o poster intitulado: “Creep behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under different environmental conditions”.

3. No âmbito do “I Workshop of the PhD Students in Civil Engineering”, que decorreu na Universidade do Minho nos dias 19 e 20 de setembro de 2013, Patrícia Silva (membro do CutinDur em aluna de doutoramento no âmbito do projeto) ganhou o prémio para o melhor poster intitulado: “Long-term behavior and durability of reinforced concrete slabs flexurally strengthened with NSM CFRP strips”.


Organização de Seminário

4. SPREB-FRP 2014 - 2º Seminário sobre o Projeto de Reforço de Estruturas de Betão com FRP’s, que decorreu nas instalações da Universidade do Minho, Guimarães, a 19 de setembro de 2014. O SPREB-FRP 2014 que contou com a presença de 50 participantes, incluiu as seguintes sessões temáticas: (i) comportamento longo prazo e durabilidade de FRP’s e de estruturas de BA reforçadas com FRP’s; (ii) comportamento a elevadas temperaturas e ao fogo de estruturas de BA reforçadas com FRP’s; (iii) dimensionamento de estruturas de BA com FRP’s: estados limite de utilização; (iv) casos de recentes aplicações de FRP’s em estruturas de BA. Na parte da tarde foi dado todo o enfoque em relação ao projeto CutInDur.


Teses de Doutoramento

5. “Bond behavior of FRP NSM systems in concrete.” Tema de tese de doutoramento de Mário Rui Freitas Coelho. Inscrito no Programa Doutoral em Engenharia Civil da Universidade do Minho em 2011 (Orientador, sendo o Coorientador o Professor Doutor Luís Canhoto Neves da Universidade Nottingham). [Conclusão prevista para final de 2015]

6. “Estudo da durabilidade da ligação entre o betão e laminados de CFRP de acordo com a técnica NSM.” Tema de tese de doutoramento de Pedro Fernandes. Inscrito no Programa Doutoral em Engenharia Civil da Universidade do Minho em 2011 (Orientador, sendo o Coorientador o Doutor José Manuel Xavier). [Conclusão prevista para 2015]

7. “Long-term behavior and durability performance of RC slabs flexural strengthened with NSM CFRP strips.” Tema de tese de doutoramento de Patrícia Silva. Inscrito no Programa Doutoral em Engenharia Civil da Universidade do Minho em 2012 (Orientador, sendo o Coorientador o Professor Doutor Miguel Azenha da Universidade do Minho). [Conclusão prevista para 2016]


Teses de Mestrado

8. Uma plataforma Web para a gestão de dados e modelos de previsão de aderência em sistemas de reforço de betão”. Dissertação do mestrando Marta Isabel Macedo Pereira, no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia e Gestão de Sistemas de Informação, aprovada em 11 de dezembro de 2014.

9. “Fatigue behavior of slabs flexural strengthened with NSM CFRP strips.” Dissertação do mestrando Rancan Alessandro, no âmbito do Curso de Engenharia Civil da Universidade de Pádua, Itália, aprovado em provas públicas realizadas em 18 de abril de 2013.

10. “Comportamento estrutural a longo prazo e de durabilidade de elementos de betão reforçados de acordo com a técnica NSM.” Dissertação do mestrando Joana Patrícia da Silva Almeida, no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil da Universidade do Minho, aprovada em provas públicas realizadas em 28 de novembro de 2013.

11. “Advanced numerical modelling of reinforced concrete elements strengthened with composite materials.” Dissertação do mestrando Karim Farghaly Ahmed Ibrahim, no âmbito do Mestrado Europeu em Análise Estrutural de Monumentos e Construções Históricas, aprovado em provas públicas realizadas em 25 de julho de 2013.

12. “A new method for constinuous quality controlo of NSM CFRP systems.” Dissertação do mestrando Andrea Benedetti, no âmbito da obtenção do título de Mestre em Engenharia da Construção e Arquitetura pela Universidade de Bolonha, aprovado em provas públicas realizadas em 2013.

13. “Estudo da durabilidade da ligação entre o betão e laminados de CFRP inseridos no seu recobrimento.” Dissertação do mestrando Samuel Isaque Fernandes Carneiro, no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil da Universidade do Minho, aprovado em provas públicas realizadas em 27 de julho de 2011.


Livros

14. Sena-Cruz, J.M.; Silva, P.; Fernandes, P.; Coelho, M. (2014) “2º Seminário sobre o projeto de reforço de estruturas de betão com FRP’s.” Departamento de Engenharia Civil, Escola de Engenharia, Universidade do Minho, Guimarães, ISBN 978-989-8793-00-3, 42 pp.


Capítulos de Livro

15. Sena-Cruz, J.; Barros, J.; Bianco, V.; Bilotta, A.; Bournas, D.; Ceroni, F.; Dalfré, G.; Kotynia, R.; Monti, G.; Nigro, E.; Triantafillou, T.; (2014) “Chapter 8 - NSM Systems.” Design procedures for the use of composites in strengthening of reinforced concrete structures: state of the art book of the RILEM TC 234-DUC, Carlo Pellegrino & José Sena-Cruz (eds), Springer, 51 pp. [Em fase de publicação pela editora Springer]


Artigos em Revistas Internacionais

16. Fernandes, P.M.G.; Silva, P.M.; Sena-Cruz, J. (2015) “Bond and flexural behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under fatigue loading” Engineering Structures, 84:350-361.
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.11.039

17. Fernandes, P.; Granja, J.; Benedetti, A.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M. (2014) “Quality control and monitoring of NSM CFRP systems: E-modulus evolution of epoxy adhesive and its relation to the pull-out force” Composites Part B. [Re-submetido]

18. Granja, J.; Fernandes, P.; Benedetti, A.; Azenha, M.; Sena-Cruz, J. (2014) “Monitoring the early stiffness development in epoxy adhesives for structural strengthening” Adhesion & adhesives. [Re-submetido]

19. Coelho, M.R.; Sena-Cruz, J.; Neves, L. (2014) “A review on the bond behavior of FRP NSM systems in concrete” Construction & Building Materials. [Submetido]

20. Garzón-Roca, J.; Sena-Cruz, J.; Fernandes, P.; Xavier, J. (2014) “Effect of wet-dry cycles on the bond behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips” Composite Structures. [Submetido]

21. Coelho, M.R.; Sena-Cruz, J.; Neves, L.; Pereira, M.; Cortez, P.; Miranda, T. (2015) “Using data mining algorithms to predict the bond strength of FRP NSM systems in concrete” Engineering Structures. [A ser submetido em Janeiro de 2015]

22. Silva, P.M.; Fernandes, P.M.G.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J. (2015) “Behaviour of concrete elements strengthened with NSM CFRP strips under thermal and freeze-thaw cycles” Composite Structures. [A ser submetido em Janeiro de 2015]


Artigos a submeter durante o ano de 2015

- Coelho, M.; Caggiano, A.; Sena-Cruz, J.M.; Neves, L.A.C. (2015) “Fracture-based model for FRP NSM systems in concrete.” Artigo a submeter à revista internacional Engineering Structures.

- Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M. (2015) “Creep and durability behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP strips.” Artigo a submeter à revista internacional Construction and Building Materials.

- Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M. (2015) “Experimental and numerical simulation of creep effect of RC slabs strengthened with NSM CFRP strips.” Artigo a submeter à revista internacional Engineering Structures.

- Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M. (2015) “Experimental investigation on durability performance of concrete elements strengthened with NSM CFRP strips.” Artigo a submeter à revista internacional Composites Structures.


Artigos em Revistas Nacionais

- Sena-Cruz, J.; Barros, J.; Azenha, M.; Silva, P.; Fernandes, P.; Coelho, M. (2015) “Comportamento estrutural a longo prazo de elementos de betão reforçados de acordo com a técnica NSM.” Artigo a submeter à revista de Engenharia Civil.

- Sena-Cruz, J.; Barros, J.; Azenha, M.; Silva, P.; Fernandes, P.; Coelho, M. (2015) “Durabilidade de elementos de betão reforçados de acordo com a técnica NSM.” Artigo a submeter à revista de Engenharia Civil.


Artigos em Congressos Internacionais

23. Fernandes, P.; Granja, J.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Benedetti, A. (2014) “A new methodology for assisting quality control of NSM-CFRP systems since very early ages”, The 7th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering – CICE2014, 20 a 22 de agosto, Vancouver, Canadá, 6 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/30192

24. Fernandes, P.; Silva, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J. (2014) “Bond and flexural behaviour of a NSM CFRP strengthening system under fatigue loading”, The 7th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering – CICE2014, 20 a 22 de agosto, Vancouver, Canadá, 6 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/30195

25. Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J. (2014) “Creep behavior and durability of concrete elements strengthened with NSM CFRP strips”, The 7th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering – CICE2014, 20 a 22 de agosto, Vancouver, Canadá, 6 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/30189

26. Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J. (2014) “Behaviour of concrete elements strengthened with near surface mounted CFRP strips under thermal cycles”, The 7th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering – CICE2014, 20 a 22 de agosto, Vancouver, Canadá, 6 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/30191

27. Sena-Cruz, J.; Silva, P.; Fernandes, P.; Azenha, M.; Barros, J.; Sousa, C.; Castro, F.; Teixeira, T. (2013) “Creep behavior of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under different environmental conditions”, FRPRCS-11: 11th International Symposium on Fiber Reinforced Polymer for Reinforced Concrete Structures, 26 a 28 de junho, Guimarães, 12 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/25382

28. Coelho, M.; Sena-Cruz, J.; Dias, S.; Miranda, T. (2013) “Evaluation of code formulations for NSM CFRP bond strength of RC elements”, FRPRCS-11: 11th International Symposium on Fiber Reinforced Polymer for Reinforced Concrete Structures, 26 a 28 de junho, Guimarães, 10 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/25375

29. Sena-Cruz, J.; Silva, P.; Fernandes, P.; Azenha, M.; Barros, J.; Sousa, C.; Teixeira, T. (2013) “Creep behavior of RC slabs strengthened NSM CFRP laminate strips under different environmental conditions”, SMAR 2013 – Second Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures, 9 a 11 de setembro, Istambul, Turquia, 8 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/25390

30. Sena-Cruz, J.M.; Fernandes, P.; Silva, P.; Xavier, J.; Barros, J.; Coelho, M. (2012) “Bond behaviour of concrete elements strengthened with NSM CFRP laminate strips under wet-dry cycles” Bond in Concrete 2012, 17 a 20 de junho, Brescia, Itália, 1023-1030.
URI: http://hdl.handle.net/1822/19647


Artigos em Congressos Nacionais

31. Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J.A.O. (2014) “Fluência e durabilidade de elementos de betão armado reforçados com laminados de CFRP pela técnica NSM.” JPEE2014 - 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, 26 a 28 de novembro, LNEC, Lisboa, 13 pp.

32. Coelho, M.; Sena-Cruz, J.; Neves, L. (2014) “Estudo comparativo entre modelos de previsão de resistência: leis analíticas versus data mining.” JPEE2014 - 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, 26 a 28 de novembro, LNEC, Lisboa, 11 pp.

33. Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J.A.O. (2014) “Efeito de ciclos térmicos e de ciclos gelo/degelo no comportamento estrutural de elementos de betão reforçados com laminados de CFRP pela técnica NSM.” JPEE2014 - 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, 26 a 28 de novembro, LNEC, Lisboa, 13 pp.

34. Granja, J.; Fernandes, P.; Benedetti, A.; Azenha, M.; Sena-Cruz, J. (2014) “Nova metodologia para o controlo de qualidade de sistemas NSM CFRP durante a cura do adesivo.” JPEE2014 - 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, 26 a 28 de novembro, LNEC, Lisboa, 15 pp.

35. Sena-Cruz, J.; Coelho, M. (2014) “Projeto de Reforço de Estruturas de betão com FRP’s: Estados Limite de Utilização.” 2º Seminário sobre o Projeto de Reforço de Estruturas de Betão com FRP’s (SPREB-FRP 2014), 19 de setembro, Universidade do Minho, Guimarães, 9 pp.

36. Fernandes, P.; Silva, P.; Sena-Cruz, J.; Azenha, M.; Barros, J.A.O. (2014) “Comportamento à fadiga de elementos de betão reforçados através de sistemas NSM CFRP.” 1º Congresso Brasileiro de Patologia das Construções, 21 a 23 de maio, Foz do Iguaçu, Brasil, 14 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/29164

37. Fernandes, P.; Silva, P.; Sena-Cruz, J.; Xavier, J.; Coelho, M.; Barros, J.O.A. (2012) “Diferentes métodos de avaliação do comportamento da ligação de laminados de CFRP ao betão de acordo com a técnica NSM.” BE2012 - Encontro Nacional Betão Estrutural, 24 a 26 de outubro, Faculdade de Engenharia, Universidade de Porto, Porto, 10 pp.
URI: http://hdl.handle.net/1822/20601


Relatórios

38. Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.; Azenha, M.; (2014) “Efeito de fluência e durabilidade de elementos de betão reforçados de acordo com a técnica NSM” Relatório no. 14-DEC/E-41, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 24 pp.

39. Sena-Cruz, J.M.; Barros, J.; Azenha, M.; Silva, P.; Fernandes, P.; Coelho, M. (2014) “CutInDur - Comportamento estrutural a longo prazo e de durabilidade de elementos de betão reforçados de acordo com a técnica NSM” Relatório no. 14-DEC/E-40, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 29 pp.

40. Coelho, M.; Sena-Cruz, J.M.; Neves, L.A.C. (2014) “Fracture-based model for FRP NSM systems in concrete” Relatório no. 14-DEC/E-17, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 74 pp.

41. Coelho, M.; Sena-Cruz, J.M.; Neves, L.A.C. (2013) “State of the art of bond tests with FRP NSM systems in concrete” Relatório no. 13-DEC/E-12, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 108 pp.

42. Coelho, M.; Sena-Cruz, J.M.; Neves, L.A.C. (2013) “Demystifying the use of data mining algorithms to predict the bond strength of FRP NSM systems in concrete” Relatório no. 13-DEC/E-13, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 85 pp.

43. Silva, P.; Fernandes, P.; Sena-Cruz, J. (2013) “Preparação do programa experimental e resultados preliminares do comportamento a longo prazo de estruturas de betão reforçadas de acordo com a técnica NSM” Relatório no. 13-DEC/E-15, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 41 pp.

44. Fernades, P.; Silva, P.; Sena-Cruz, J.; Xavier, J.; Azenha, M.; Barros, J. (2013) “Preparação do programa experimental e resultados preliminares do comportamento a longo prazo de elementos de betão reforçados de acordo com a técnica NSM” Relatório no. 13-DEC/E-14, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 35 pp.

- Seminar

- Publication of one book

- Publications on Internacional and National Journals

- Publications on Internacional and Nacional Conferences

- Oral presentations on Conferences

- Meeting of Technical Committees

- RepositóriUM

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