Antonio Rogerio Pellissari

Verificação Experimental da Aderência CFC-Concreto com

Carregamento de Impacto

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Área de Concentração: Estruturas.

Orientador: Giuseppe Barbosa Guimarães

Co-orientador: Emil de Souza Sánchez Filho

Rio de Janeiro

Setembro de 2007

Antonio Rogerio Pellissari

Verificação Experimental da Aderência CFC-Concreto com

Carregamento de Impacto

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio em Engenharia Civil. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Giuseppe Barbosa Guimarães Orientador

Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio

Emil de Souza Sánchez Filho Co-orientador

Universidade Federal Fluminense

Paulo Batista Gonçalves Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Júlio Jerônimo Holtz Silva Filho Avantec Engenharia Ltda

Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total

ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.

Antonio Rogerio Pellissari

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná em fevereiro de 2005.

Ficha Catalográfica

Pellissari, Antonio Rogerio

Verificação experimental da aderência CFC-

concreto por meio de ensaios à flexão com carregamento

de impacto / Antonio Rogerio Pellissari ; orientador:

Giuseppe Barbosa Guimarães ; co-orientador: Emil de

Souza Sánchez Filho. – 2007.

65 f. : il. ; 30 cm

Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)–

Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de

Janeiro, 2007.

Inclui bibliografia

1. Engenharia civil – Teses. 2. Reforço

estrutural. 3. Impacto. 4. Concreto. 5. Compósitos de

fibras de carbono. 6. Aderência. 7. Comprimento de

ancoragem. I. Guimarães, Giuseppe Barbosa. II. Sánchez

Filho, Emil de Souza. III. Pontifícia Universidade Católica

do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV.

Título.

CDD: 624

Agradecimentos

Aos meus pais Rogerio Pellissari e Ivaema F. Grando Pellissari e aos meus

irmãos João e Mariana, pelo apoio, carinho e compreensão para vencer esta nova

etapa da minha vida.

Aos professores Giuseppe Barbosa Guimarães e Emil de Souza Sánchez

Filho, pela orientação recebida e pelos ensinamentos passados ao longo da

realização deste trabalho.

A Márcia, Marina, Vinícius e Marianna, pelo apoio e paciência para

realização deste trabalho.

Aos amigos do BG, por terem sido companheiros durante os momentos de

ausência de luz.

Aos amigos que seguiram outros caminhos e a todos os amigos

conquistados durante esse período na PUC.

Aos funcionários Euclídes, José Nilson, Evandro e Haroldo pela amizade e

pela ajuda para concretizando este trabalho.

Ao Engenheiro Júlio e Professor Emil, pelo fornecimento de todo o tecido

de fibra de carbono necessário para essa pesquisa.

A Tarso Engenharia pelo suporte técnico na preparação dos ensaios.

Ao CNPq pelo apoio financeiro.

A todas as pessoas que contribuíram de maneira direta ou indireta para a

realização deste trabalho.

Resumo

Pellissari, Antonio Rogerio; Guimarães, Giuseppe Barbosa; Sánchez Filho, Emil de Souza. Verificação Experimental da Aderência CFC- Concreto por meio de Ensaios à Flexão com Carregamento de Impacto. Rio de Janeiro, 2007. 65p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Neste trabalho realizou-se uma investigação experimental sobre os efeitos

de forças de impacto sobre a resistência de aderência entre compósitos de fibras

de carbono e o concreto. O programa experimental consistiu de ensaios de flexão

de corpos-de-prova constituídos de dois blocos de concreto unidos por uma

rótula na região superior (comprimida) e por tiras de compósito de fibras de

carbono coladas nas faces inferiores dos blocos. Foram ensaiados 23 corpos-de-

prova, com resistências à compressão do concreto variando de 25 MPa a

35 MPa. A principal variável foi a taxa de carregamento ( expressa em termos de

tensão de aderência), variou entre 6,06 MPa/s (estático) a 3.690.485 MPa/s

(dinâmico). Os resultados mostraram que a resistência de aderência aumenta

com o aumento da taxa de carregamento.

Palavras-chave

Reforço Estrutural; Impacto; Concreto; Compósitos de Fibras de Carbono; Aderência; Comprimento de Ancoragem.

Abstract

Pellissari, Antonio Rogerio; Guimarães, Giuseppe Barbosa; Sánchez Filho, Emil de Souza. Experimental Investigation of the Bond Strength between CFC-concrete under impact loading. Rio de Janeiro, 2007. 65p. MSc Dissertation - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

An experimental investigation on the effects of impact loads on the bond

strength between carbon fiber composite and concrete is described in this work.

The objective was to investigate the influence of loading rate on the bond

strength. Concrete-fiber specimens were tested under loading rates varying from

a minimum of 6,06 MPa/s (static) to a maximum of 3.690.485 MPa/s. In

addition, twenty tree concrete prisms were tested under different loading rates in

order to investigate the effects of the loading rate on the tensile strength of

concrete and carbon fiber separately. The results show that the bond strength

increase with the increase of the loading rates.

Keywords

Structural Strengthening; Concrete; Carbon Fiber Composites; Impact

Load; Bond.

Sumário

1 Introdução 14

1.1 Objetivos 14

1.2 Organização do Trabalho 15

2 Revisão Bibliográfica 16

2.1 Fibras 16

2.2 Comprimento de Ancoragem e Tensão de Aderência 17

2.3 Modos de Ruptura 23

2.4 Vigas Reforçadas com CFC sob Forças de Impacto 25

3 Programa Experimental 26

3.1 Considerações Iniciais 26

3.2 Nomenclatura dos Corpos-de-Prova 26

3.3 Características dos Corpos-de-Prova 26

3.4 Materiais Utilizados nos Corpos-de-Prova 30

3.4.1 Concreto 30

3.4.2 Tecidos de Fibras de Carbono 31

3.4.3 Adesivo Epóxi 32

3.4.4 Características dos ensaios nas Fibras de Carbono 32

3.5 Aplicação do CFC 35

3.6 Instrumentação 38

3.7 Aquisição de Dados 40

3.8 Aplicação de Força 40

3.8.1 Carregamento Estático 40

3.8.2 Carregamento Dinâmico 41

3.9 Força Normal Aplicada no CFC 43

3.10 Tensão de Aderência do CFC 44

3.11 Tensão Normal no CFC 44

4 Apresentação e Análises dos Resultados 45

4.1 Modos de Ruptura 45

4.2 Curvas Força versus Tempo e Taxa de Carregamento 47

4.3 Efeito da Taxa de Carregamento Sobre a Resistência de Aderência

49

4.4 Efeito da Taxa de Carregamento Sobre a Resistência à Tração do

CFC 51

4.5 Propagação da Onde de Choque 52

5 Conclusões e Sugestões para Trabalhos Futuros 55

5.1 Conclusões 55

5.2 Sugestões para Trabalhos Futuros 55

6 Referências Bibliográficas 57

Anexo – Curvas Força versus Tempo 60

Lista de figuras

Figura 2.1 – Diagrama tensão-deformação específica, para diversos tipos fibras; adaptada

de Souto (2003). 17

Figura 2.2 – Corpo-de-prova para o ensaio de aderência; adaptado de Miller (1999). 20

Figura 2.3 – Curva s×τ para os corpos-de-prova; adaptada de Miller e Nanni (1999). 20

Figura 2.4 – Esquema do ensaio de tração-compressão; adaptada de Pacheco (2006). 21

Figura 2.5 – Resistência aderência bf vs. resistência do concreto cf ; adaptada de

Pacheco (2006). 22

Figura 2.6 – Deformação específica x distância ao longo do comprimento de ancoragem;

adaptada de Meneghel (2005). 22

Figura 2.7 – Gráfico tri linear de carregamento x deslocamento; adaptada de

White et al. (2001). 24

Figura 3.1 – Características geométricas dos corpos-de-prova. 27

Figura 3.3 – Detalhe da fôrma para molde dos blocos, medidas em cm. 29

Figura 3.4 – Dimensões dos corpos-de-prova para ensaio de tração; adaptada da norma

ASTM D 3039/3039M. 33

Figura 3.5 – Gráfico tensão x deformação específica dos corpos-de-prova de CFC;

adaptado de Silva Filho (2007). 33

Figura 3.6 – Detalhe da área preparada para o recebimento do reforço. 35

Figura 3.7 – Detalhe da fixação dos blocos com os perfis metálicos. 36

Figura 3.8 – Detalhe da fixação rótula. 36

Figura 3.9 – Detalhe da marcação da área destinada a aplicação do CFC nos corpos-de-

prova com impregnação total. 37

Figura 3.10 – Detalhe do reforço do bloco de concreto não instrumentado, nas vigas com

impregnação parcial das fibras. 38

Figura 3.11 – Detalhes do posicionamento da célula de carga. 38

Figura 3.12 – Detalhes dos posicionamentos das células de carga. 39

Figura 3.13 – Detalhes dos EER posicionados no CFC. 39

Figura 3.14 – Detalhe do EER entre os blocos de concreto e no centro do reforço (viga

com impregnação total). 40

Figura 3.15 – Viga bi-apoiada com extremidade em balanço, adaptada de

Martins Junior (2006). 41

Figura 3.16 – Detalhes do aparato de ensaio. 42

Figura 3.17 – Esquema das distâncias dos pontos de aplicação de carga e apoio. 43

Figura 4.1 – Ruptura por destacamento do concreto no corpo-de-prova VD III 12. 46

Figura 4.2 – Ruptura por descolamento do adesivo no corpo-de-prova VE II 04. 46

Figura 4.3 – Ruptura das fibras de carbono no corpo-de-prova VE III 13. 47

Figura 4.4 – Curva força aplicada versus tempo do corpo-de-prova VE II 04 (força medida

na célula de carga localizada no topo do corpo-de-prova). 48

Figura 4.5 – Curva força aplicada versus tempo do corpo-de-prova VD III 12 (força medida

na célula de carga localizada no topo do corpo-de-prova). 48

Figura 4.6 – Curva força aplicada versus tempo (corpo-de-prova VDM II 21). 49

Figura 4.7 – Relação entre a taxa de tensão de aderência Tτ e a resistência de aderência

fb para os corpos-de-prova que romperam por destacamento do concreto. 50

Figura 4.8 – Relação entre a taxa de tensão normal Tσ e a resistência à tração fb para os

corpos-de-prova com ruptura por tração nas fibras de carbono. 52

Figura 4.9 – Gráfico dos valores da célula de carga dividida pela força máxima e os

valores da deformação dividida pela deformação específica máxima, ambos em

relação ao tempo de ensaio ( VD III 12). 53

Figura A.01 – Corpo-de-prova VE I 01. 60

Figura A.02 – Corpo-de-prova VE I 02. 60

Figura A.03 – Corpo-de-prova VD I 03. 60

Figura A.04 – Corpo-de-prova VE II 04. 61

Figura A.05 – Corpo-de-prova VE II 05. 61

Figura A.06 – Corpo-de-prova VE II 06. 61

Figura A.07 – Corpo-de-prova VE II 07. 61

Figura A.08 – Corpo-de-prova VD II 08. 62

Figura A.09 – Corpo-de-prova VD II 09. 62

Figura A.10 – Corpo-de-prova VD III 10. 62

Figura A.11 – Corpo-de-prova VE III 11. 62

Figura A.12 – Corpo-de-prova VD III 12. 63

Figura A.13 – Corpo-de-prova VE III 13. 63

Figura A.14 – Corpo-de-prova VDM III 14. 63

Figura A.15 – Corpo-de-prova VEM III 15. 63

Figura A.16 – Corpo-de-prova VDM III 16. 64

Figura A.17 – Corpo-de-prova VDM III 17. 64

Figura A.18 – Corpo-de-prova VDM III 18. 64

Figura A.19 – Corpo-de-prova VDM III 19. 64

Figura A.20 – Corpo-de-prova VDM II 20. 65

Figura A.21 – Corpo-de-prova VDM II 21. 65

Figura A.22 – Corpo-de-prova VDM II 22. 65

Figura A.23 – Corpo-de-prova VDM III 23. 65

Lista de tabelas

Tabela 2.1 – Tipos e características das fibras; adaptada de Nakaba et al. (2005). 23

Tabela 2.2 – Tipos e características de base; adaptada de Nakaba et al. (2005). 23

Tabela 2.3 – Variáveis adotadas; adaptada de White et al. (2001). 25

Tabela 3.1 – Características dos corpos-de-prova. 30

Tabela 3.2 – Consumo de material por m3 de concreto. 31

Tabela 3.3 – Dimensões dos corpos-de-prova adotadas para ensaio de tração em

materiais compósitos de fibras de carbono; adaptada da ASTM D3039/3039M. 33

Tabela 3.4 – Resultados dos ensaios de resistência à tração dos corpos-de-prova de

CFC. 34

Tabela 3.5 – Valor adotado para deformação específica última, resistência à tração

máxima e módulo de elasticidade do CFC. 34

Tabela 4.1 – Resultados dos ensaios. 45

Tabela 4.2 – Taxa de carregamento e resistências de aderência dos corpos-de-prova

que romperam por destacamento do concreto. 49

Tabela 4.3 – Valores das resistências à tração e das taxas de carregamento para os

corpos-de-prova com ruptura nas fibras de carbono. 51

Tabela 4.4 – Diferença do tempo entre a resposta da célula de carga localizada no topo

do corpo-de-prova e o EER. 53

Tabela 4.5 – Diferença no tempo de carregamento entre a célula de carga localizada no

topo do corpo-de-prova e a célula de carga localizada no seu apoio, para os

corpos-de-prova com modo de ruptura no concreto. 54

Lista de Símbolos

Romanos

A, B, C Dimensões do Bloco de concreto

a Distância do centro da rótula ao ponto de aplicação da força

b Distância da aplicação da força a extremidade do bloco

bc Largura do elemento de concreto

bp Largura do CFC

c Distância do apoio do corpo-de-prova a extremidade do bloco

CFC Compósito de fibras de carbono

d Distância entre os apoios do corpo-de-prova

da Distância da ancoragem a extremidade do bloco

Ec Módulo de elasticidade do concreto

Ep , EL Módulo de elasticidade do CFC

Ff Força normal aplicada às fibras

Fmax, Pu Força máxima aplicada no CFC

bf Resistência de aderência

cf Resistência à compressão do concreto

H Altura de queda do martelo

bK Coeficiente que considera a influência da largura relativa do compósito sobre a largura do elemento de concreto

l Comprimento das fibras sem impregnação

la Comprimento de ancoragem

le Comprimento de ancoragem efetivo

l1 Comprimento não aderido do CFC no concreto

P Força aplicada no topo do corpo-de-prova

R Reação no apoio do corpo-de-prova

tp Espessura do CFC

Tc Taxa de carregamento normal às fibras

Tσ Taxa de tensão normal às fibras

Tτ Taxa de tensão de aderência entre o CFC e o concreto

z Braço de alavanca entre o CFC e o eixo da rótula

Gregos

Lβ Coeficiente adimensional que relaciona o comprimento de aderência com o comprimento de aderência efetivo

pβ

Coeficiente adimensional que relaciona a largura do compósito com a do elemento de concreto

t∆ Tempo entre a início do carregamento e o tempo da força máxima

1t∆ Diferença de tempo entre a resposta da célula de carga no topo do corpo-de-prova e a resposta do EER

2t∆ Diferença de tempo entre a resposta da célula de carga no topo do corpo-de-prova e a resposta da célula de carga no seu apoio

fε

Deformação específica do CFC

uε Deformação específica última do CFC

σ, σdb,

σfibras Tensão normal às fibras

τad Tensão de aderência entre o CFC e o concreto

bkτ Tensão de aderência característica

1 Introdução

O reforço de estruturas de concreto armado e protendido é uma atividade

muito importante e está se desenvolvendo com o passar dos anos. As diversas

razões para reforçar estruturas de concreto armado são: restaurar e/ou aumentar

cargas de serviço, reduzir a flecha, limitar as dimensões e a distribuição de

fissuras no concreto, reparar acidentes e patologias decorrentes de intempéries, e

também, reparar erros de projetos ou que ocorreram durante os estágios da

construção.

A utilização de materiais compósitos proporciona soluções tecnicamente e

economicamente viáveis. Dentre os materiais compósitos utilizados na

recuperação estrutural encontra-se o compósito de fibras de carbono (CFC). Este

material apresenta grandes vantagens, tais como: não corrói, não é magnético, não

é um condutor elétrico e geralmente resiste a ataques químicos e tem uma grande

resistência em relação ao seu peso.

O aumento da aplicação do CFC como reforço externo em elementos

estruturais exige um conhecimento das características e do comportamento desse

material junto ao elemento estrutural. Este conhecimento é adquirido por meio de

pesquisas experimentais e teóricas. Um comportamento muito discutido é tensão

de aderência entre o CFC e o substrato de concreto, que requer um estudo mais

aprofundado de seu comportamento.

Como todo material utilizado com função estrutural, o CFC requer que suas

propriedades mecânicas sejam determinadas em ensaios, utilizando-se

metodologias consistentes. As propriedades mecânicas do CFC não são as

mesmas do material fibra de carbono (Ribeiro, 2005).

1.1 Objetivos

Este estudo experimental tem como objetivo estudar a influência da taxa de

carregamento na resistência de aderência entre o CFC e o concreto, submetido a

força de impacto.

O programa experimental desenvolvido consistiu de ensaios de flexão em

23 corpos-de-prova constituídos de dois blocos de concreto unidos por uma rótula

na região superior (comprimida) e por tiras de compósito de fibra de carbono

15

coladas nas faces inferiores dos blocos, submetidos a carregamento de impacto,

cuja taxa de carregamento normal às fibras varia entre 6,06 MPa/s (estático) a

3.690.485 MPa/s (dinâmico).

1.2 Organização do Trabalho

No Capítulo 2 são apresentadas as características das fibras de carbono,

alguns estudos sobre comprimento de ancoragem e tensão de aderência entre o

CFC e o concreto e sobre os modos de ruptura para o reforço externo com CFC.

Esse capítulo descreve também o comportamento de vigas reforçadas com CFC

sob carregamento de impacto.

No Capítulo 3 é descrito o programa experimental. São apresentadas as

características dos corpos-de-prova, dos materiais utilizados, do CFC e da

metodologia de aplicação do reforço, do esquema de aplicação do carregamento,

da força normal, da tensão de aderência e da tensão normal aplicada ao CFC.

No Capítulo 4 são apresentados e analisados os resultados obtidos nos

ensaios. São descritos os modos de ruptura do CFC, mostradas as curvas força

versus tempo e taxa de carregamento, o efeito da taxa de carregamento na tensão

de aderência entre o CFC e o concreto, o efeito da taxa de carregamento na

resistência a tração das fibras e propagação de ondas de choque.

No Capítulo 5 são apresentadas as conclusões obtidas nos resultados

experimentais e apresentadas sugestões para trabalhos futuros.

No Anexo são apresentadas as curvas força aplicada versus tempo de

carregamento.

2 Revisão Bibliográfica

Neste capítulo são apresentados trabalhos relacionados ao comprimento de

ancoragem e a resistência de aderência do CFC-substrato de concreto. São

mostradas de forma resumida as principais características dos materiais

compósitos.

Os modos de ruptura em ensaios de aderência CFC-concreto são descritos em

conjunto com as resistências últimas de aderência obtidas na bibliografia

pesquisada.

2.1 Fibras

As fibras são as principais responsáveis pelas características de resistência

e espessura do sistema de compósito, sendo que as fibras contínuas com maior uso

em reforço estrutural são: a aramida, a fibra de vidro, a fibra de grafite e a fibra de

carbono.

A fibra de aramida, comercialmente conhecida como Kevlar®, é uma

poliaramida de fibras contínuas. O módulo de elasticidade das fibras varia entre

70 a 200 GPa, com a deformação específica de ruptura variando entre 1,5% e 5%.

As fibras de aramida são sensíveis às altas temperaturas, à umidade, à luz e

apresentam problemas de relaxação e corrosão sob tensão.

Os compósitos de fibras de vidro têm módulo de elasticidade variando

entre 70 GPa a 85 GPa, com deformação específica de ruptura entre 2% e 5%. São

mais sensíveis à corrosão para tensões de grande magnitude e podem apresentar

problemas de relaxação. As fibras de vidro são sensíveis à umidade, mas com a

escolha certa da matriz ficam protegidas; apresentam um valor conveniente para

as deformações específicas, e são mais baratas que as fibras de carbono (Escobar,

2003).

As fibras de carbono resultam do tratamento térmico com elevadas

temperaturas, variando de 1000ºC a 1500ºC e cerca de 3000ºC para fibras de

grafite. Quanto maior a temperatura maior será o módulo de elasticidade da fibra,

variando de 100 GPa a 300 GPa para as fibras de carbono e até 650 GPa para as

fibras de grafite. As fibras de carbono apresentam como características básicas:

boa resistência à corrosão, resistência a ataques químicos em geral, ótimo

17

comportamento quanto à fadiga sob atuação de cargas cíclicas, alta rigidez, peso

específico da ordem de 1,8 g/cm3 e estabilidade térmica e reológica destacando-se

das demais fibras (Machado, 2002).

A Figura 2.1 mostra as tensões e as deformações específicas dos diversos

tipos de fibras, onde se verifica um comportamento elástico-linear para esses

materiais, com a relação constitutiva indicando um comportamento frágil.

Figura 2.1 – Diagrama tensão-deformação específica, para diversos tipos fibras; adaptada de Souto (2003).

Souto (2003) relata que existe atualmente no mercado compósitos de fibras

de carbono em três formas diferentes: chapas poliméricas reforçadas com fibras de

carbono, que podem ser coladas para reforço de elementos estruturais em geral;

tecidos em fibras de carbono, pré-impregnados para colagem em elementos

estruturais por meio de resinas epoxídicas; e folhas flexíveis unidirecionais para

colagem sobre o concreto, que podem ser utilizadas como elemento confinante.

2.2 Comprimento de Ancoragem e Tensão de Aderência

O comprimento de ancoragem efetivo le, é definido como sendo o

comprimento ao longo do qual ocorre a transferência de tensão entre o compósito

e o concreto. O parâmetro le varia de acordo com o tipo de sistema de reforço a ser

18

utilizado, com o carregamento aplicado e com as características dos materiais

adotados no reforço.

Chen e Teng (2001) propuseram um modelo de cálculo para ancoragem

baseado na combinação da análise da mecânica da fratura com dados

experimentais. Esse modelo tem como objetivo calcular a resistência última de

aderência e o comprimento de ancoragem efetivo. Esses dois parâmetros foram

calculados usando um enfoque da Mecânica da Fratura Não Linear (MFNL) de

acordo com as seguintes expressões:

'0,427 ,u p L c p eP f b L Nβ β= (2.1)

onde

1

2

e

Le

e

se L L

Lsen se L LL

β π

≥⎧⎪

= ⎡ ⎤⎨ <⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎩

(2.2)

2

1

bpbcp bpbc

β−

=+

(2.3)

'

,p pe

c

E tL mm

f= (2.4)

onde

pptE é dado em mmMPa. ;

'cf é dado em MPa .

A razão entre a largura do compósito e a largura do elemento de concreto

c

pbb

tem um efeito significativo sobre a resistência última de aderência. Se a

largura do compósito for menor do que a do elemento de concreto, a transferência

de forças do compósito para o concreto leva a uma distribuição de tensões não

uniforme ao longo da largura do elemento de concreto. Uma pequena largura do

compósito pb , comparada com a largura do elemento de concreto cb , pode

19

resultar em tensões tangenciais maiores no adesivo durante a ruptura, atribuídas à

contribuição do concreto fora da área de aderência.

Substituindo-se a expressão 2.4 e

pp

udb tb

P=σ

na expressão 2.1 tem-se a tensão de ruptura no compósito:

'

0,427 0,4E f E fp c p cu

p pL Ldb t tp pσ β β β β= = (2.5)

Miller et al. (1999) desenvolveram um modelo teórico para o cálculo do

comprimento efetivo e da força última para a aderência do CFC ao concreto,

baseando-se numa aproximação linear dos resultados dos ensaios em conjunto

com os resultados experimentais do método de Maeda et al. (1997)

(expressão 2.6), que utiliza um modelo analítico para estimar a força última e

considera uma distribuição linear de tensão antes do descolamento ocorrer. Esses

autores ensaiaram 18 vigas T invertido, simplesmente apoiadas (Figura 2.2). As

características do compósito de fibras de carbono eram: largura de 51 mm,

espessura de 0,165 mm, módulo de elasticidade de 228 GPa. O modo de ruptura

foi por descolamento do CFC. Ao longo de comprimento efetivo de ancoragem o

CFC resiste à forca aplicada, e a partir desse comprimento não se obtém

deformações específicas (Figura 2.3).

0,432 94,3e f LL t E= − + (2.6)

sendo

Le – comprimento de ancoragem efetivo, mm;

tf – espessura do compósito de fibras de carbono, mm;

EL – modo de elasticidade, GPa;

20

Figura 2.2 – Corpo-de-prova para o ensaio de aderência; adaptado de Miller (1999).

Os resultados experimentais mostram que a partir de um certo

comprimento a força aplicada não pode mais ser transferida ao tecido de CFC,

logo não há acréscimo de resistência (Figura 2.3).

Figura 2.3 – Curva s×τ para os corpos-de-prova; adaptada de Miller e Nanni (1999).

Meneghel (2005) e Pacheco (2006) estudaram o comportamento da

aderência entre o concreto e o CFC por meio de ensaios tração-compressão de

corpos-de-prova, compostos de dois cubos de concreto ligados por tiras de tecidos

de CFC coladas em suas laterais opostas (Figura 2.4). O tecido utilizado

apresentava as seguintes características: tecidos de fibras de carbono (Tec-Fiber)

do tipo N-300, espessura = 0,165mm , deformação específica na ruptura = %55,1 ,

21

resistência à tração = MPa.5503 , módulo de elasticidade = 235GPa e gramatura

(folha) = 2300 g m .

Figura 2.4 – Esquema do ensaio de tração-compressão; adaptada de Pacheco (2006).

Os trabalhos de Meneghel (2005) e de Pacheco (2006) tiveram como

variáveis a largura do reforço de CFC, o carregamento atuante (carregamento

monotônico crescente e carregamento em ciclos de carga e descarga), a resistência

à compressão do concreto variando de 25 MPa até 45 MPa e diferentes tipos de

superfícies de aderência do CFC ao substrato de concreto (face lisa e face rugosa).

Os resultados dos trabalhos de Meneghel (2005) e de Pacheco (2006)

mostraram que: a largura do tecido não influencia as tensões últimas de aderência;

os diferentes modos de carregamentos estudados (monotônico crescente e

carregamento em ciclos de carga e descarga) não influenciaram os valores das

resistências últimas de aderência obtidas; para as diferentes resistências à

compressão do concreto, as tensões de aderência não apresentaram grandes

variações (Figura 2.5); com concreto com resistência MPafc 23< a resistência

última pode ser inferior a MPa44,1 ; os diferentes tipos de superfícies do concreto

pouco influenciaram as resistências últimas de aderência tendo um acréscimo nas

resistências últimas de aderência da ordem de 5% nas superfícies rugosas.

Essas autoras também concluíram que existe um comprimento de

ancoragem efetivo, no qual as tensões de aderência são realmente distribuídas.

Sendo esse valor igual a 120 mm (Figura 2.6). O valor característico (associado ao

quantil de 5%) da tensão última de aderência obtida nesses trabalhos foi de

MPabk 45,1=τ .

Tração

Compressão

Tração

22

0 ,0

0 ,5

1 ,0

1 ,5

2 ,0

2 ,5

20 25 30 35 40 45

Figura 2.5 – Resistência aderência bf vs. resistência do concreto cf ; adaptada de Pacheco (2006).

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

6 40,5 75 109,5 144

Distância (mm)

Def

orm

ação

0,3 kN 2,6 kN 6,6 kN 10,6 kN14,6 kN 15,6 kN 18 kN 20,7 kN22 kN 23,5 kN 25 kN 30,64 kN (Rupt.)

(µε)

Figura 2.6 – Deformação específica x distância ao longo do comprimento de ancoragem; adaptada de Meneghel (2005).

Nakaba et al. (2001) desenvolveram ensaios de tração-tração para reforços

externos em peças de concreto com o intuito de determinar o comprimento efetivo

de ancoragem. As variáveis analisadas foram os tipos de fibras e a base de

aplicação do reforço (Tabela 2.1 e Tabela 2.2). Estudos prévios feitos ainda por

Nakaba et al. (2001) mostraram que o comprimento efetivo de ancoragem é

inferior a 100 mm.

Def

orm

ação

esp

ecífi

ca (μ

ε)

23

Tabela 2.1 – Tipos e características das fibras; adaptada de Nakaba et al. (2005).

Tipo de Fibra Espessura

(mm)

Massa

Específica

(g/m²)

Resistência

a Tração

(MPa)

Módulo de

Elasticidade

(GPa)

Fibra de carbono padrão 0,167 150/300 4200 261

Fibra de carbono menos espessa

0,165 300 4400 425

Aramida 0,193 285 2800 124

Tabela 2.2 – Tipos e características de base; adaptada de Nakaba et al. (2005).

Tipo de Base Resistência à

compressão (MPa)

Resistência à

Tração (MPa)

1/3 Módulo

Secante Ec (GPa)

Concreto C-5 57,60 3,25 29,00

Argamassa M5 - 1

47,10 4,65 24,50

Argamassa M5 - 2

50,90 4,08 25,50

Concreto C-2 23,80 1,98 22,00

Esses autores concluíram que: a espessura do compósito influencia tanto a

resistência de ancoragem quanto a forma de distribuição de tensão, e que a relação

tensão/deslocamento na aderência local não é influenciada pelo tipo de compósito;

a tensão máxima de aderência aumenta quando a resistência do concreto também

aumenta.

Confirmando o conceito sobre comprimento efetivo de CFC para o reforço

em estrutura de concreto, Bizindavyi (1999) afirma que o comprimento de

ancoragem de 80 mm e 220 mm é suficiente para desenvolver a capacidade

máxima de reforço dos CFC com uma e duas camadas de tecido, respectivamente.

Todavia, esses comprimentos são válidos somente para o sistema de reforço

estudado por esse autor.

2.3 Modos de Ruptura

Em geral, as vigas de concreto armado com ou sem reforço de CFC, exibem

um gráfico tri linear de força x flecha (Figura 2.7). Na fase 1 não há fissuras na

face tracionada do concreto, na fase 2 ocorre o surgimento e propagação das

24

fissuras, e na fase 3 ocorre o escoamento da armadura de aço até o colapso do

elemento. Os três modos de ruptura que ocorrem comumente são: escoamento da

armadura seguido do esmagamento do concreto; escoamento da armadura de aço

seguido da ruptura da lâmina de CFC, e escoamento da armadura de aço seguido

do destacamento da lâmina de CFC. O último modo de ruptura pode ocorrer de

duas maneiras: destacamento da camada de concreto junto com a lâmina de CFC

(bond spliting failure) e desplacamento (descolamento) da lâmina de CFC

(laminate peeling failure) de acordo com WHITE et al. (2001).

Figura 2.7 – Gráfico tri linear de carregamento x deslocamento; adaptada de White et al. (2001).

White et al. (2001) avaliaram vigas de concreto armado reforçadas com

CFC. As variáveis adotadas foram: tipo de CFC e taxa de carregamento

(Tabela 2.3). As vigas S-A, S-B, S-D e R-D ensaiadas por esses autores tiveram

modos de ruptura do tipo destacamento do concreto (splitting) e as demais vigas

romperam por desplacamento da lâmina de CFC (peeling).

Viga de concreto armado convencional

Viga de concreto armado reforçada

Car

rega

men

to (k

N)

Deslocamento no meio do vão (mm)

Fase I

Fase II

Fase III

25

Tabela 2.3 – Variáveis adotadas; adaptada de White et al. (2001).

Vigas Tipo de CFC Tipo de Carregamento C-B sem reforço B S-A Lâmina A S-B Lâmina B S-C Lâmina C S-D Lâmina D R-A Tecido A R-B Tecido B R-C Tecido C R-D Tecido D Nota: A – carregamento lento até a ruptura; B – carregamento rápido até a ruptura; C - carregamento lento até 150 kN, rápido até a ruptura; D – carregamento rápido até 120 kN em 12 ciclos, seguido de carregamento rápido até a ruptura.

2.4 Vigas Reforçadas com CFC sob Forças de Impacto

As vigas de concreto armado reforçadas externamente com CFC sob

carregamento dinâmico apresentam aumento em sua capacidade de resistência.

Com o aumento da taxa de carregamento há um aumento da capacidade de

resistência das vigas.

As flechas máximas, o número e a abertura das fissuras são menores nas

vigas reforçadas com CFC. Tang et al. (2005) constataram uma redução da flecha

máxima na ordem de 30 % a 40 %.

A absorção de energia de vigas solicitadas por carga dinâmica depende das

características elásticas dos materiais (concreto, aço, CFC, etc.). Jerome et al.

(1997) verificaram que para uma dada taxa de deformação a viga tem uma

absorção de energia fixa, correlacionada com o comportamento dinâmico do

concreto. Erki et al. (1999) compararam em seu trabalho vigas reforçadas com

CFC e aço, concluindo que as vigas reforçadas com aço absorviam mais energia

que as vigas reforçadas com CFC, mas ambas tiveram ganho de resistência.

Os modos de ruptura das vigas solicitadas dinamicamente foram os mesmos

modos de ruptura das vigas com forças estáticas.

Esses fatos são consensos entre os estudos feitos pelos autores White et al.

(2001), Erki et al. (1999), Jerome et al. (1997) e Tang et al. (2005).

Não foram encontrados estudos referentes ao comportamento da resistência

de aderência entre o CFC e o concreto sob carregamento com impacto.

3 Programa Experimental

3.1 Considerações Iniciais

O objetivo deste trabalho é estudar os efeitos da taxa de carregamento sobre

a resistência de aderência entre CFC e o concreto, por meio de ensaios de flexão

de corpos-de-prova submetidos a forças de impacto. Neste capítulo é feita uma

descrição detalhada dos corpos-de-prova, das variáveis adotadas, dos materiais

utilizados, da montagem dos ensaios e da instrumentação.

3.2 Nomenclatura dos Corpos-de-Prova

Os corpos-de-prova foram nomeados como descrito abaixo:

VE – Ensaio estático;

VD – Ensaio Dinâmico;

M – Distância do início da ancoragem à borda do bloco de concreto, 6 cm;

I – Corpos-de-prova da primeira série de concretagem;

II – Corpos-de-prova da segunda série de concretagem;

III – Corpos-de-prova da terceira série de concretagem;

n° – Número do corpo-de-prova

3.3 Características dos Corpos-de-Prova

Os corpos-de-prova são constituídos de dois blocos de concreto unidos por

uma rótula na região de compressão e tiras de tecidos de CFC coladas na face

inferior dos blocos (Figura. 3.1 ‘a’). As tiras de CFC têm espessura de 0,122 mm

e largura de 75 mm. O comprimento de ancoragem la (comprimento colado ao

concreto) é de 60 mm (Figura 3.1 ‘c’ e ‘d’) e 120 mm (Figura 3.1 ‘b’ e ‘b’). Para

os corpos-de-prova com comprimento de ancoragem de 60 mm foram feitas duas

séries; a primeira recebia impregnação parcial das fibras com epóxi (Figura 3.1

‘c’), e a segunda recebia impregnação total das fibras com epóxi (Figura 3.1 ‘d’).

Para os corpos-de-prova com comprimento de ancoragem de 120 mm, foi

adicionado um reforço em “V” em um dos blocos (Figura 3.1 ‘b’), forçando a

ruptura para o bloco sem reforço onde foram colocados extensômetros de

27

resistência. A região entre as áreas de ancoragem foi protegida com fita para

evitar a aderência do CFC ao concreto.

zCa b

c

CFC

P/2P/2

aB

BB

la

la

la

l

l

l1

d

A

(a)

(c)

(d)

(b)

Figura 3.1 – Características geométricas dos corpos-de-prova.

Os parâmetros mostrados na Figura 3.1 são:

A, B e C – dimensões do bloco (40 x 15 x 20 cm);

P/2 – força aplicada;

a – distância da rótula ao ponto de aplicação da força, 16 cm;

b – distância do ponto de aplicação da força a extremidade do bloco, 26 cm;

c. – distância do apoio a extremidade do bloco de concreto, 14 cm,

d – distância entre os apoios do corpo-de-prova, 56 cm;

z – distância do braço de alavanca entre a fibra e a rótula, 15 cm;

la – comprimento de ancoragem;

l – comprimento da fibra sem impregnação;

28

l1 – distância não aderida do CFC ao concreto, 16 cm.

Os blocos de concreto tinham seção transversal de 150 mm x 200 mm e

comprimento de 400 mm. Estes foram armados com duas barras de φ 6,3 mm

para a armadura longitudinal no banzo comprimido, duas barras de φ 6,3 mm para

armadura longitudinal no banzo tracionado, seis estribos de φ 5 mm para

armadura transversal e cobrimento de 30 mm. Os blocos foram armados com a

finalidade de evitar uma possível ruptura desses elementos (Figura 3.2).

9

14

6Ø5 c/ 6 - 56cm2Ø6,3 - 44cm

345 5

2Ø6,3 - 44cm345 5 Bloco de concreto

Figura 3.2 – Detalhes das armaduras dos blocos de concreto

Os blocos foram moldados numa fôrma metálica com capacidade para 12

blocos, compostas por três vigas “U” laminadas. Duas vigas “U” com altura de

200 mm foram fixadas em outra viga “U” com altura de 250 mm (perfil 1, na

Figura 3.3), uma por solda (perfil 2A, na Figura 3.3) e a outra por parafuso

(Perfil 2B, na Figura 3.3); para separar os blocos foram utilizadas peças de

madeira com dimensões de 200 mm x 150 mm x 20 mm revestidas com adesivo

plástico e barras rosqueadas de φ 6 mm para prender as peças de madeira nos seus

devidos lugares.

29

pontos de solda

15

40

20

perfil 2 A

perfil 1

perfil 2 B

perfil 1

perfil 2 A barra rosqueada

pontos de solda

perfil 2 B

600

AA'

Corte AA' Figura 3.3 – Detalhe da fôrma para molde dos blocos, medidas em cm.

A principal variável adotada foi a taxa de carregamento da força normal às

fibras que variou de um mínimo de 0,054 kN/s (estático) até o máximo de

33.766 kN/s (dinâmico). As características dos corpos-de-prova são mostradas na

Tabela 3.1.

30

Tabela 3.1 – Características dos corpos-de-prova.

Corpo-de-prova

Tc (kN/s) H (cm) Superfície la (cm) da. (cm) Impregnação

VE I 01 0,0748 0 rugosa 12 1,50 parcial VE I 02 0,1011 0 rugosa 12 1,50 parcial VD I 03 22.193 230 rugosa 12 1,50 parcial VE II 04 0,0851 0 lisa 12 1,50 parcial VE II 05 0,1008 0 lisa 12 1,50 parcial VE II 06 0,0535 0 lisa 12 1,50 parcial VD II 07 20.211 230 lisa 12 1,50 parcial VD II 08 7.247 100 lisa 12 1,50 parcial VD II 09 5.269 50 lisa 12 1,50 parcial VD III 10 7.711 25 lisa 12 1,50 parcial VE III 11 0,0988 0 lisa 12 1,50 parcial VD III 12 28.708 230 rugosa 12 1,50 parcial VE III 13 0,1730 0 rugosa 12 1,50 parcial

VDM III 14 19.331 230 rugosa 6 6,00 parcial VEM III 15 0,0554 0 rugosa 6 6,00 parcial VDM III 16 11.326 100 rugosa 6 6,00 parcial VDM II 17 22.018 150 rugosa 6 6,00 parcial VDM III 18 11.766 50 rugosa 6 6,00 parcial VDM III 19 7.288 25 rugosa 6 6,00 parcial VDM II 20 33.766 230 rugosa 6 6,00 total VDM II 21 26.943 150 rugosa 6 6,00 total VDM II 22 19.214 100 rugosa 6 6,00 total VDM III

23 8.620 50 rugosa 6 6,00 total

Tc é a taxa de carregamento H é a altura de queda do martelo la é o comprimento de ancoragem; da. é a distância da ancoragem a extremidade do bloco de concreto

3.4 Materiais Utilizados nos Corpos-de-Prova

3.4.1 Concreto

O concreto empregado apresentou resistências à compressão entre 26 MPa e

42 MPa na ocasião dos ensaios. Os resultados encontram-se no capítulo 4.

Para a moldagem dos blocos foram necessárias três concretagens: na

primeira foi utilizado o traço 1:2,59:3,07 com relação água cimento de 0,67 para

uma resistência de fc = 25 MPa; na segunda foi utilizado o traço 1:1,97:2,29 com

relação água cimento de 0,55 para fc = 35 MPa e na terceira concretagem foi

utilizado o traço 1:2,10:2,88 relação água cimento de 0,62 para fc = 30 MPa.

31

Para a primeira etapa de concretagem foram moldados oito blocos e 16

corpos-de-prova, e para as demais etapas foram moldados 12 blocos e 18 corpos-

de-prova cilíndricos com dimensões 100 mm x 200 mm. Os corpos-de-prova

foram moldados segundo recomendações da NBR 5738:1984.

Tabela 3.2 – Consumo de material por m3 de concreto.

Quantidade em kg por m3 Material

Série I Série II Série III

Cimento CP II F 32 339,45 394,42 338,71

Areia 878,83 777,01 711,29

Brita 1 1041,70 903,21 975,48

Água 227,43 216,93 210,00

Os materiais empregados no concreto foram: cimento CPII F32; agregado

miúdo de areia de rio, com massa específica de 2,62 g/cm3 e módulo de finura de

3,46; agregado graúdo de gnaisse, brita 1, com dimensão máxima característica de

19 mm, massa específica absoluta de 2,50 g/cm3 e massa específica aparente de

1,60 g/cm3. As características desses materiais foram obtidas por meio de ensaios

prescritos nas normas NBR 9776, NBR 7217 e NBR 9937 e executados no

Laboratório de Estruturas e Materiais (LEM) da PUC – Rio.

3.4.2 Tecidos de Fibras de Carbono

Foram utilizados tecidos de fibras de carbono SikaWrap – 230 C, com as

seguintes características fornecidas pelo fabricante:

Base: tecido de fibras de carbono unidirecional.

Cor: preta.

Conteúdo de fibras em volume: 99%.

Densidade: 1,78 g/cm3.

Peso: 220 g/m2 ± 10 g/m2.

Largura da faixa = 300 mm.

Espessura = 0,122 mm.

Deformação específica na ruptura = 1,7%.

32

Resistência à tração = 4100 MPa.

Módulo de elasticidade = 230 GPa.

As tiras empregadas nos corpos-de-prova tinham 75 mm de largura e

aproximadamente 300 mm de comprimento. Para corpos-de-prova com

comprimento de ancoragem de 12 cm foram utilizados duas tiras com dimensões

de 75 mm x 15 mm com reforço adicional em um dos blocos, com o intuído de

direcionar a ocorrência de ruptura para o bloco onde foram colados extensômetros

elétricos, conforme ilustrado na Figura 3.1.

3.4.3 Adesivo Epóxi

O adesivo epóxi utilizado para garantir a transferência das tensões de

cisalhamento entre o substrato de concreto e o CFC foi Sikadur 330, cujas

propriedades fornecidas pelo fabricante são:

Cor (componente A): branco;

Cor (componente B): cinza escuro;

Relação em peso: 4:1;

Vida útil da mistura (Pot-life) 40 min. (25ºC/ 50% UR)

Deformação específica na ruptura = 1,5%.

Resistência à tração = 30 MPa.

Módulo de elasticidade = 3800 MPa.

3.4.4 Características dos ensaios nas Fibras de Carbono

Para o dimensionamento de um sistema de reforço estrutural, deve-se obter

as propriedades do material compósito, resistência à tração e módulo de

elasticidade, por ensaios coerentes.

Esses ensaios são normalizados pela norma ASTM D 3039 / D 3039M –

Standard Test Method for Tensile Properties of Matrix Composite Material, cujas

dimensões mínimas para os corpos-de-prova são apresentadas na Tabela 3.3 e

Figura 3.4.

33

Tabela 3.3 – Dimensões dos corpos-de-prova adotadas para ensaio de tração em

materiais compósitos de fibras de carbono; adaptada da ASTM D3039/3039M.

Orientação das fibras

Largura (mm)

Comp. (mm)

Espessura (mm)

Comp. aba

(mm)

Espessura aba (mm)

Ângulo aba (0)

00 unidirecional

15 250 1,0 56 1,5 7 ou 90

900 unidirecional

25 175 2,0 25 1,5 90

Espessura da Aba

Mínimo de 38 mmMínimo de 38 mm Comp. do Extensômetro + 2 x Largura

Largura

Espessura da Fibra

Figura 3.4 – Dimensões dos corpos-de-prova para ensaio de tração; adaptada da norma ASTM D 3039/3039M.

Os valores da resistência à tração e do módulo de elasticidade do CFC

foram obtidos em trabalhos anteriores Silva Filho (2007) e Spagnolo (2007)

desenvolvidos no Laboratório de Estruturas e Materiais (LEM) da PUC – Rio. Os

resultados dos ensaios constam na Tabela 3.4 e na Figura 3.5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Deformação específica (%o)

Tens

ão (M

Pa)

Figura 3.5 – Gráfico tensão x deformação específica dos corpos-de-prova de CFC; adaptado de Silva Filho (2007).

34

Tabela 3.4 – Resultados dos ensaios de resistência à tração dos corpos-de-prova de

CFC.

Autor/ensaio εu (‰) Tensão (MPa) Módulo (GPa)

Spagnolo (2007) CP1 11,223 2798,96 249,387 CP3 11,477 3081,75 268,523 CP4 13,411 3703,44 276,147 CP5 10,256 2766,93 269,798 CP6 11,812 2991,04 253,211

Spagnolo (2007) Média 11,64 3068,42 263,410 DP 1,15 378,46 11,51 CV 9,88% 12,33% 4,37%

Silva Filho (2007) CP1 12,091 3391,29 281,778 CP3 12,778 3257,87 256,946 CP4 13,465 3329,89 248,086 CP5 14,437 3615,41 254,301 CP6 15,113 3794,19 252,850 CP7 13,324 3375,28 253,624 CP8 12,822 3303,24 258,570

Silva Filho (2007) Média 13,43 3438,17 258,020 DP 1,04 194,40 10,99 CV 7,72% 5,65% 4,26%

Adotou-se a média dos valores dos trabalhos acima como sendo à

deformação última, resistência à tração máxima e o módulo de elasticidade.

Ressaltando-se que para carregamentos dinâmicos a deformação específica última

e o módulo de elasticidade não são os mesmos obtidos em ensaios estáticos.

Para início das análises os valores da deformação específica última e do

módulo de elasticidade estáticos são considerados como sendo válidos para os

carregamentos estáticos e dinâmicos.

Os valores adotados para a deformação especifica última, resistência

máxima à tração e do módulo de elasticidade são mostrados na Tabela 3.5

Tabela 3.5 – Valor adotado para deformação específica última, resistência à tração

máxima e módulo de elasticidade do CFC.

εu (‰) Tensão (MPa) Módulo (GPa)

CFC 12,53 3.253,30 260,72

35

3.5 Aplicação do CFC

A preparação da superfície, sobre o qual o CFC é aplicado foi feita manual e

também mecanicamente.

A preparação manual foi feita com lixa de granulometria entre 24 a 36 com

o intuito de retirar a nata de cimento. Em seguida a superfície foi apicoada com

um ponteiro pequeno e martelo, tomando-se o cuidado para não deixar a

superfície com furos maiores que 2 mm. Após passa-se a escova de aço para

retirar qualquer pedaço de concreto solto (Figura 3.6).

Figura 3.6 – Detalhe da área preparada para o recebimento do reforço.

Na preparação mecânica empregou-se uma lixadeira elétrica com lixa de

granulometria 60.

A remoção da poeira em ambos os casos foi feita com o uso de aspirador de

pó e estopa com álcool 93 % para também retirar as substâncias oleosas.

As tiras de tecido de fibras de carbono foram cortadas com estiletes e foram

coladas fitas adesivas nas extremidades da tira para evitar o desfiamento.

Para garantir que os blocos ficassem alinhados utilizaram-se dois perfis

metálicos nas laterais dos blocos, ligados por parafusos pressionando-os contra os

blocos (Figura 3.7).

36

Figura 3.7 – Detalhe da fixação dos blocos com os perfis metálicos.

Com os blocos alinhados foi colocada a rótula, formada por duas chapas

metálicas com dimensões de 150 mm x 100 mm e um rolete soldado em uma

delas. Utilizou-se massa plástica para a fixação das chapas metálicas nos blocos

de concreto (Figura 3.8).

Figura 3.8 – Detalhe da fixação rótula.

A região destinada à aplicação do CFC foi medida com paquímetro,

demarcada com lápis, e foram empregadas fitas adesivas para proteger as demais

áreas do contato com a resina (Figura 3.9).

37

Figura 3.9 – Detalhe da marcação da área destinada a aplicação do CFC nos corpos-de-prova com impregnação total.

Utilizou-se o adesivo epóxi Sikadur 330 como camada de imprimador na

superfície de colagem do compósito de fibras de carbono, aplicado com espátulas

numa quantidade de 700 g/m2. O imprimador tem como objetivo penetrar nos

poros do substrato de concreto, preenchendo-os para que haja uma transferência

de solicitações eficiente entre o tecido e o concreto. Após esse processo

colocaram-se as tiras do tecido de carbono nas áreas demarcadas passando o rolo

para deixar as fibras esticadas, para retirar bolhas de ar e garantir um perfeito

contato com o adesivo. Uma camada de saturação de adesivo epóxi foi aplicada

sobre o tecido, com um consumo de 500 g/m2, para garantir uma total penetração

do adesivo nas fibras. Com o auxilio de uma espátula foi feita à regularização da

superfície para colagem dos extensômetros elétricos de resistência. Esse

procedimento foi executado para os corpos-de-prova com impregnação parcial e

total das fibras de carbono, e também para as tiras de reforço adicional no bloco

não instrumentado.

Os corpos-de-prova que receberam reforço com impregnação parcial

tiveram a região central do reforço protegidas com fita adesiva evitando o contado

com a resina epóxi. Colou-se fita adesiva entre a extremidade do bloco de

concreto e o início da ancoragem, evitando-se a aderência da fibras fora da região

demarcada (Figura 3.10).

38

Figura 3.10 – Detalhe do reforço do bloco de concreto não instrumentado, nas vigas com impregnação parcial das fibras.

3.6 Instrumentação

A força aplicada foi medida por meio de célula de carga com capacidade de

200 kN, posicionada sobre o vão central da viga presa por meio de um sistema de

chapas metálicas, de modo que se fizesse a leitura da força transferida pelo

martelo (Figura 3.11).

barra rosqueada

célula de carga

rótula

material compósito

viga I transferência de força

bloco de concreto

Figura 3.11 – Detalhes do posicionamento da célula de carga.

Nos corpos-de-prova VDM II 20 a VDM III23 foi usada mais uma célula de

carga com capacidade de 100 kN posicionada em um dos apoios do corpo-de-

prova (Figura 3.12).

39

Figura 3.12 – Detalhes dos posicionamentos das células de carga.

Os corpos-de-prova VE I 01, VE I 02 e VEM III 15 foram instrumentados

com LVDT localizado no meio do vão, para se conhecer o deslocamento máximo.

Os corpos-de-prova VE II 04, VE II 05, VE II 06 e VD III 12 foram

instrumentados com cinco extensômetros elétricos de resistência (EER),

posicionados ao longo do comprimento de ancoragem com espaçamento de

2,75 cm entre si e distantes da borda da fibra de 3,75 cm (Figura 3.13). Nos

corpos-de-prova VE III 13 a VDM III 23 foi usado apenas um EER posicionado

entre os blocos no centro do CFC (Figura 3.14).

0 1 2 3 4

2,75

3,75

CFCaresta chanfradabloco de concreto

extensômetros

vista inferior Figura 3.13 – Detalhes dos EER posicionados no CFC.

40

Figura 3.14 – Detalhe do EER entre os blocos de concreto e no centro do reforço (viga com impregnação total).

3.7 Aquisição de Dados

Para aquisição dos dados dos ensaios estáticos das vigas foi utilizado o

equipamento 3497A DATA ACQUISITION/CONTROL UNIT do fabricante HP

(Hewllet Packard), interligado a um computador portátil por meio do software

LABVIEW 7.1 do fabricante NATIONAL INSTRUMENTS S/A.

Para aquisição dos dados dos ensaios dinâmicos foi utilizado o equipamento

NI DAQ 7 do fabricante NATIONAL INSTRUMENTS S/A, interligado ao

mesmo computador com o mesmo software.

3.8 Aplicação de Força

3.8.1 Carregamento Estático

O carregamento estático foi aplicado em duas etapas. A primeira por um

sistema hidráulico usado para suspender o peso próprio da estrutura. Liberando-se

todo o peso da estrutura para o corpo-de-prova, continuava a aplicação do

carregamento por um cilindro hidráulico com capacidade de 30 toneladas,

localizado e travado sobre o martelo de aço, até a ruptura do elemento do corpo-

de-prova.

41

3.8.2 Carregamento Dinâmico

A força dinâmica foi aplicada por meio de um martelo solto de diferentes

alturas sobre a extremidade em balanço de uma viga, como representado na

Figura 3.15.

R1 R2A B

P

P δ

hC

Figura 3.15 – Viga bi-apoiada com extremidade em balanço, adaptada de Martins Junior (2006).

Para aplicar o carregamento dinâmico foi adaptado um sistema baseando-se

no aparato utilizado por Martins Junior (2006). A força de impacto amplificada foi

alcançada por meio de um martelo de massa conhecida, solto de uma altura, sobre

a extremidade em balanço de um perfil metálico I (255 mm x 175 mm) com

rigidez à flexão elevada. Na outra extremidade do perfil metálico foi instalado um

apoio com restrição nos eixos vertical e horizontal e livre a rotação. Para evitar a

rotação de todo o sistema de transferência de força empregou-se uma rótula,

anulando-se quaisquer solicitações não verticais no elemento de viga

(Figura 3.16).

Foram montadas estruturas de aço reforçadas na face inferior do perfil

metálico I (255 mm x 175 mm) e no topo do elemento de viga, fixadas por quatro

barras com rosca e porcas mm25=φ . Com isso a força de impacto gerada pelo

martelo foi transmitida à viga, sendo amplificada devido ao braço de alavanca,

sem que o sistema absorvesse energia.

Por meio de várias combinações de altura de queda do martelo pode-se

alcançar diversas taxas de carregamento.

42

célula de carga

corpo-de-provamartelo de impacto

perfil I (255 mm x 117 mm)

rótula

bloco de concreto

célula de carga

viga I transferência de força

viga I transferência de força

apoio do corpo-de-prova

apoio rotulado do perfil I

material compósito

perfil I (255 mm x 117 mm)

apoio rotulado do perfil I

rótula

rótula

apoio do corpo-de-prova

guia para o martelo

VISTA LATERAL

VISTA FRONTAL

Figura 3.16 – Detalhes do aparato de ensaio.

43

3.9 Força Normal Aplicada no CFC

Para obtenção da força no reforço foram utilizadas as expressões 3.1 e 3.2.

Estas expressões são resultados do equilíbrio das forças aplicada no sistema, como

mostra a Figura 3.17:

zC

a b

c

CFC

PP

a

d

A

Figura 3.17 – Esquema das distâncias dos pontos de aplicação de carga e apoio.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= ad

zNFf .

22 (3.1)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= ad

zRFf 2

(3.2)

sendo

Ff – força normal aplicada no CFC, kN;

N – força lida pela célula de carga localizada no topo a viga, kN;

R – força lida pela célula de carga localizada no apoio da viga, kN;

A e C – dimensões do bloco de concreto (40 x 20 x 15 cm);

P – força aplicada;

a – distância do ponto de aplicação da força ao eixo da rótula, 16 cm;

b – distância do ponto de aplicação da força ao ponto de apoio, 26 cm;

c – distância do ponto de apoio à extremidade do bloco, 14 cm;

d – distância entre os apoios do corpo-de-prova, 56 cm;

z – distância do eixo da rótula ao CFC, braço de alavanca, 15 cm;

44

3.10 Tensão de Aderência do CFC

A tensão de aderência da ancoragem é determinada usando-se o valor da Ff ,

é dada por:

af

fad lb

F=τ (3.3)

sendo

τad – tensão de aderência;

Ff – força normal aplicada ao CFC;

bf – largura do CFC;

la – comprimento de ancoragem do CFC.

3.11 Tensão Normal no CFC

A tensão normal no CFC é determinada por:

ff

ffibra tb

F=σ (3.4)

sendo:

σfibra – tensão normal;

bf – largura do CFC;

tf – espessura da seção transversal do CFC.

4 Apresentação e Análises dos Resultados

4.1 Modos de Ruptura

Os resultados gerais dos ensaios são apresentados na Tabela 4.1. Foram

observados três modos de ruptura: destacamento do concreto, descolamento do

adesivo e ruptura por tração das fibras.

Tabela 4.1 – Resultados dos ensaios.

Corpo-de-prova

fc (MPa)

la (cm)

Fmáx (kN)

Δt (s) σfibra (MPa)

Tσ (MPa/s)

τad (MPa)

Tτ (MPa/s)

Modo de

Ruptura

Tc (kN/s)

VE I 01 26,30 12 28,44 380 3108 8,18 3,16 0,0083 C 0,0748 VE I 02 26,17 12 28,33 280 3095 11,04 3,15 0,0112 C 0,1011 VD I 03 26,83 12 29,68 0,00134 3243 2425494 3,30 2466 F 22193 VE II 04 36,42 12 19,69 231 2152 9,30 2,19 0,0095 A 0,0851 VE II 05 41,47 12 28,39 282 3103 11,01 3,15 0,0112 A 0,1008 VE II 06 41,97 12 17,75 332 1940 5,84 1,97 0,0059 A 0,0535 VD II 07 33,98 12 30,72 0,00152 3358 2208985 3,41 2246 A 20211 VD II 08 33,98 12 21,16 0,00292 2312 791818 2,35 805 A 7247 VD II 09 33,63 12 10,96 0,00208 1197 575619 1,22 585 F 5269 VD III 10 32,48 12 11,72 0,00152 1068 702415 1,09 714 A 7711 VE III 11 32,38 12 20,54 208 1871 8,99 1,90 0,009 A 0,0988 VD III 12 32,38 12 41,34 0,00144 4375 2151640 6,30 4375 C 28708 VE III 13 33,14 12 12,21 70,56 1164 16,49 1,36 0,0192 F 0,1730

VDM III 14 33,48 6 28,61 0,00148 3127 2112681 6,36 4296 F 19331 VEM III 15 36,04 6 18,66 337 2039 6,06 4,15 0,0123 C 0,0554 VDM III 16 34,81 6 19,48 0,00172 2128 1237496 4,33 2516 F 11326 VDM II 17 38,60 6 24,66 0,00112 2695 2406351 5,48 4893 F 22018 VDM III 18 34,25 6 15,06 0,00128 1646 1286112 3,35 2615 F 11766 VDM III 19 30,27 6 11,66 0,0016 1274 796547 2,59 1620 F 7288 VDM II 20 38,60 6 43,22 0,00128 4724 3690485 9,61 7503 C 33766 VDM II 21 38,60 6 37,72 0,0014 4122 2944486 8,38 5987 C 26943 VDM II 22 38,60 6 26,90 0,0014 2939 2099599 5,98 4269 C 19214 VDM III 23 30,27 6 16,55 0,00192 1808 941997 3,68 1915 C 8620 fc é a resistência à compressão do concreto; la é o comprimento de ancoragem; Fmáx é a força máxima nas fibras; Δt é o tempo de carregamento; σfibra é a tensão normal máxima; Tσ = σfibra / Δt é a taxa de tensão normal; τad é a tensão máxima de aderência;. Tτ = τad / Δt é a taxa de tensão de aderência; Tc.= Fmáx / Δt é a taxa de carregamento; modo de ruptura: C = destacamento do concreto, A = descolamento do adesivo e F = ruptura das fibras.

O destacamento do concreto é caracterizado pela ruptura à tração do

concreto, como ilustrado na Figura 4.1. O descolamento do adesivo (Figura 4.2) é

46

um modo de ruptura prematuro e ocorre devido às falhas na preparação da

superfície ou por deficiência do próprio adesivo. Ressalta-se que todos os corpos-

de-prova foram projetados para romper por aderência, mas em alguns deles

ocorreu à ruptura por tração das fibras de carbono (Figura 4.3). Nesses corpos-de-

prova observou-se que as fibras não estavam uniformemente tracionadas, havendo

regiões na tira do tecido mais tracionadas do que as outras. Assim, as fibras mais

tracionadas rompiam primeiro, transferindo a força para as fibras vizinhas

resultando então numa ruptura prematura. Nos dados da Tabela 4.1 observa-se que

a tensão normal máxima nas fibras desses corpos-de-prova foi menor do que a

resistência do CFC, cujo valor é 3.253 MPa.

Figura 4.1 – Ruptura por destacamento do concreto no corpo-de-prova VD III 12.

Figura 4.2 – Ruptura por descolamento do adesivo no corpo-de-prova VE II 04.

47

Figura 4.3 – Ruptura das fibras de carbono no corpo-de-prova VE III 13.

4.2 Curvas Força versus Tempo e Taxa de Carregamento

As três curvas típicas obtidas nos ensaios são apresentadas nas Figuras 4.4,

4.5 e 4.6. As curvas força versus tempo de carregamento de todos os corpos-de-

prova encontram-se no Anexo.

A Figura 4.4 mostra a curva força versus tempo do corpo-de-prova VE II 04

sob carregamento estático, onde os trechos 1 e 2 correspondem à aplicação da

força relativa ao peso da viga metálica e das barras e chapas mostradas na Figura

3.15. O trecho 3 corresponde à aplicação da força com o macaco hidráulico.

A Figura 4.5 mostra a curva força versus tempo do corpo-de-prova

VD III 12 sob carregamento dinâmico.

Nos corpos-de-prova VDM III 20, VDM II 21, VDM II 22 e VDM III 23 os

gráficos força-tempo mostram duas curvas, uma referente à força lida pela célula

de carga localizada no topo e a outra referente à força lida pela célula de carga

localizada no apoio (Figura 4.6).

As curvas força-tempo permitem obter o valor máximo da força aplicada e o

tempo de duração do carregamento. A determinação da taxa de carregamento foi

feita dividindo a força máxima pelo tempo compreendido entre o início do

carregamento até a força máxima. A taxa de tensão de aderência e a taxa de tensão

normal foram determinadas dividindo-se a tensão máxima de aderência e a tensão

normal máxima pelo tempo entre o início do carregamento e o carregamento

máximo, obtidos nas curvas força versus tempo de carregamento.

48

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250 300Tempo (s)

Forç

a (k

N)

1

2

3

Figura 4.4 – Curva força aplicada versus tempo do corpo-de-prova VE II 04 (força medida na célula de carga localizada no topo do corpo-de-prova).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,7230 0,7235 0,7240 0,7245 0,7250 0,7255 0,7260Tempo (s)

Forç

a (k

N)

Figura 4.5 – Curva força aplicada versus tempo do corpo-de-prova VD III 12 (força medida na célula de carga localizada no topo do corpo-de-prova).

49

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

110,00

0,7350 0,7355 0,7360 0,7365 0,7370 0,7375 0,7380Tempo (s)

Forç

a (k

N)

Célula no topo do modelo Célula no apoio do modelo

Figura 4.6 – Curva força aplicada versus tempo (corpo-de-prova VDM II 21).

4.3 Efeito da Taxa de Carregamento Sobre a Resistência de Aderência

A Tabela 4.2 reúne os resultados referentes apenas aos corpos-de-prova que

romperam por destacamento do concreto, nos quais a resistência de aderência fb

foi efetivamente atingida. Os valores de fb são os mesmos já apresentados na

coluna τad da Tabela 4.1. Como a ruptura desses corpos-de-prova foi por

aderência, τad passa a representar a resistência fb.

Tabela 4.2 – Taxa de carregamento e resistências de aderência dos corpos-de-prova

que romperam por destacamento do concreto.

Corpo-de-prova Tτ (MPa/s) Tσ (MPa/s) fb (MPa)

VE I 01 0,008 8,18 3,16 VE I 02 0,012 11,04 3,15

VD III 12 4375 3.137.890 6,30 VEM III 15 0,012 6,06 4,15 VDM II 20 7503 3.690.485 9,61 VDM II 21 5987 2.944.486 8,38 VDM II 22 4269 2.099.599 5,98

VDM III 23 1915 941.997 3,68

50

A relação entre a taxa de tensão de aderência Tτ e a resistência de aderência

fb é mostrada na Figura 4.7, onde se observa que essa relação pode ser considerada

linear e representada pela expressão 4.1, obtida pelo método dos mínimos

quadrados, com coeficiente de correlação R2 = 0,93.

14300080 ,T,fb += τ (4.1)

com fb em MPa e Tτ em MPa/s

Em função da taxa de tensão normal Tσ a expressão 4.1 assume a forma:

1431061 6 ,T,fb +×= −σ (4.2)

com fb em MPa e Tσ em MPa/s

As expressões 4.1 e 4.2 foram determinadas utilizando-se a taxa de

carregamento obtida pela célula de carga localizada no topo do corpo-de-prova.

Observa-se que os valores reais da Tτ e Tσ são menores devido à propagação da

onda do carregamento.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Taxa de tensão de aderência, Tτ (MPa/s)

Res

istê

ncia

de

ader

ênci

a, f b

(MP

a)

Figura 4.7 – Relação entre a taxa de tensão de aderência Tτ e a resistência de aderência fb para os corpos-de-prova que romperam por destacamento do concreto.

51

4.4 Efeito da Taxa de Carregamento Sobre a Resistência à Tração do CFC

Os corpos-de-prova com modo de ruptura nas fibras apresentam valores da

tensão normal inferiores ao valor encontrado nos ensaios de caracterização do

CFC (Capítulo 3). Este fato deve-se a não uniformidade da distribuição da tensão

normal às fibras da tira do CFC. A impregnação das fibras de carbono com resina

proporciona uma distribuição de tensões uniforme sob carregamento dinâmico,

evitando a concentração em um feixe de fibras.

Tabela 4.3 – Valores das resistências à tração e das taxas de carregamento para os

corpos-de-prova com ruptura nas fibras de carbono.

Corpos-de-prova ff (MPa) Tσ (MPa/s)

VD I 03 3244 2425494

VD II 09 1197 575619

VE III 13 1164 16,49

VDM III 14 3127 2112681

VDM III 16 2128 1237496

VDM II 17 2695 2406351

VDM III 18 1646 1286112

VDM III 19 1274 796547

ff é a resistência à tração do compósito, igual a σfibra na Tabela 4.1; Tσ é taxa de tensão normal

A Figura 4.10 mostra a curva de tensão normal versus taxa de tensão normal

para o modo de ruptura por tração das fibras.

Analisando-se os resultados apresentados na Figura 4.10 determina-se a

expressão que relaciona a resistência à tração com a taxa de carregamento Tσ . O

coeficiente de correlação da expressão 4.3 é R2 = 0,88.

82800090 += σT,f f (4.3)

sendo

ff – resistência à tração do CFC, em MPa

Tσ – taxa de tensão normal, em MPa/s

52

Observa-se que essa expressão apenas indica que a resistência deve

aumentar com a taxa de carregamento, pois os valores alcançados para este modo

de ruptura são inferiores aos valores de resistência a tração do CFC encontrados

no capítulo 3.

0250500750

10001250150017502000225025002750300032503500

0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000

Taxa de tensão normal à fibra (MPa/s)

tens

ão n

orm

al à

fibr

a (M

Pa)

ruptura na fibra Linear (ruptura na fibra)

Figura 4.8 – Relação entre a taxa de tensão normal Tσ e a resistência à tração fb para os corpos-de-prova com ruptura por tração nas fibras de carbono.

4.5 Propagação da Onde de Choque

Nos corpos-de-prova instrumentados com EER constatou-se uma diferença

entre o tempo reação da célula de carga e o tempo de reação do EER. Esta

diferença está relacionada ao posicionamento dos elementos de leitura e a teoria

da propagação de ondas. A célula de carga está localizada no topo do corpo-de-

prova, recebendo diretamente a força transmitida pelo martelo e o EER está

localizado na parte inferior da viga, sendo excitado somente após o pulso de

carregamento ter passado por todos os materiais envolvidos no ensaio. A

velocidade de propagação de onda esta ligada às características dos elementos e a

uniformidade do meio onde a onda se propaga.

A Figura 4.16 mostra a leitura da célula de carga dividida pela força

máxima, e a leitura da deformação específica dividida pela deformação específica

máxima, ambos em tempo de carregamento.

53

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

1,000

0,7225 0,7235 0,7245 0,7255 0,7265 0,7275 0,7285 0,7295 0,7305 0,7315 0,7325

Tempo (s)

f/fu e/emax

Figura 4.9 – Gráfico dos valores da célula de carga dividida pela força máxima e os valores da deformação dividida pela deformação específica máxima, ambos em relação ao tempo de ensaio ( VD III 12).

Na Figura 4.9 verifica-se que a diferença do tempo entre a resposta da célula

de carga localizada no topo do corpo-de-prova e o EER é de 3,24 ms. A Tabela

4.4 apresenta a diferença de tempo.

Tabela 4.4 – Diferença do tempo entre a resposta da célula de carga localizada no topo

do corpo-de-prova e o EER.

Corpo-de-prova Δt1 (ms) Tσ (MPa/s)

VD III 12 3,24 7504

VDM II 20 3,00 5987

VDM II 21 4,28 4269

VDM II 22 3,48 1915

VDM III 23 3,40 7504

Nota: Δt1 é a diferença do tempo entre a resposta da célula de carga localizada no topo da viga e no EER; Tσ é a taxa de carregamento.

Diante desse fato, adicionou-se uma célula de carga no ponto de apoio do

corpo-de-prova. A diferença entre no tempo reação da célula de carga localizada

no topo do corpo-de-prova e o tempo de reação da célula de carga localizada no

seu apoio, está mostrada na Figura 4.6.

54

A Figura 4.8 mostra uma perturbação na célula de carga localizada no apoio

do corpo-de-prova no tempo 0,5882 s até o tempo 0,5894 s. Somente após 1,2 ms

se constata a leitura efetiva do carregamento.

A diferença no tempo de carregamento entre a célula de carga localizada no

topo do corpo-de-prova e a célula de carga localizada no seu apoio é muito

pequena, em média 0,24 ms (Tabela 4.5).

Tabela 4.5 – Diferença no tempo de carregamento entre a célula de carga localizada no

topo do corpo-de-prova e a célula de carga localizada no seu apoio, para os corpos-de-

prova com modo de ruptura no concreto.

Corpos-de-prova Δt2 (ms) Tσ (MPa/s)

VDM II 20 0,12 7504

VDM II 21 0,12 5987

VDM II 22 0,08 4269

VDM III 23 0,64 1915

Nota: Δt2 é a diferença no tempo de carregamento entre a célula de carga localizada no topo da viga e a célula de carga localizada no apoio da viga; Tσ é taxa de carregamento.

5 Conclusões e Sugestões para Trabalhos Futuros

5.1 Conclusões

Este trabalho experimental estudou a influência da taxa de carregamento

sobre o aumento da resistência de aderência entre o compósito de fibras de

carbono e o concreto. Foram ensaiados vinte e três corpos-de-prova à flexão

constituídos de dois blocos de concreto unidos por uma rótula na região superior

(comprimida) e por tiras de compósito de fibras de carbono coladas nas faces

inferiores dos blocos, com resistências à compressão do concreto variando de

25 MPa a 35 MPa. A taxa de carregamento normal às fibras variou entre

6,06 MPa/s (estático) a 3.690.485 MPa/s (dinâmico). As conclusões obtidas são

relacionadas a seguir.

1. O aumento da taxa de carregamento proporciona um acréscimo da resistência

de aderência entre o CFC e o concreto. O aumento máximo observado nos

ensaios foi de 130 % em relação ao ensaio estático. As expressões 4.1 e 4.2

representam à relação entre a resistência de aderência e as das taxas de

carregamento Tτ e Tσ, respectivamente, com um coeficiente de correlação de

R² = 0,93.

2. A resistência de aderência média 3,16 MPa determinada nos ensaios estáticos

com comprimento de ancoragem de 120 mm é 66 % maior que a resistência de

aderência média 1,90 MPa encontrada nos estudos desenvolvidos por Pacheco

(2006) e Meneghel (2005). Esta diferença pode estar relacionada com as

características do CFC empregado. Os materiais utilizados nos ensaios desse

estudo foram CFC SikaWrap – 230 C e resina Sikadur 330 e os utilizados

pelas autoras foram CFC Tec-Fiber do tipo N-300, e resinas Tec-Poxi PR

(imprimação) e Tec-Poxi.

5.2 Sugestões para Trabalhos Futuros

Realizar um maior número de ensaios com a impregnação total das fibras de

carbono para permitir uma análise estatística dos resultados.

56

Desenvolver um modelo numérico/computacional com considerações

estática e dinâmica do sistema de ancoragem sujeito à solicitação de tração.

Desenvolver um modelo numérico/computacional com considerações

estática e dinâmica do sistema de ancoragem sujeito à solicitação de tração.

Desenvolver um modelo numérico/computacional para a avaliação da

propagação da onda de choque e a eficiência do sistema de aplicação de força

desenvolvido.

Realizar o mesmo estudo experimental utilizando-se: várias camadas de

CFC; lâmina de fibras de carbono; diversos tipos de adesivo;

Realizar estudo com o intuito de analisar as deformações específicas no

CFC sob carregamento de impacto.

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58

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Anexo – Curvas Força versus Tempo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.01 – Corpo-de-prova VE I 01.

0

10

20

30

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50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.02 – Corpo-de-prova VE I 02.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.03 – Corpo-de-prova VD I 03.

61

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.04 – Corpo-de-prova VE II 04.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.05 – Corpo-de-prova VE II 05.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.06 – Corpo-de-prova VE II 06.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0265 0,0270 0,0275 0,0280 0,0285 0,0290 0,0295Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.07 – Corpo-de-prova VE II 07.

62

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.08 – Corpo-de-prova VD II 08.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 0,0045 0,0050Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.09 – Corpo-de-prova VD II 09.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0035 0,0040 0,0045 0,0050 0,0055 0,0060 0,0065Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.10 – Corpo-de-prova VD III 10.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.11 – Corpo-de-prova VE III 11.

63

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,7230 0,7235 0,7240 0,7245 0,7250 0,7255 0,7260Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.12 – Corpo-de-prova VD III 12.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.13 – Corpo-de-prova VE III 13.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0080 0,0085 0,0090 0,0095 0,0100 0,0105 0,0110Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.14 – Corpo-de-prova VDM III 14.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 50 100 150 200 250 300 350 400Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.15 – Corpo-de-prova VEM III 15.

64

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,4900 0,4905 0,4910 0,4915 0,4920 0,4925 0,4930Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.16 – Corpo-de-prova VDM III 16.

0

10

20

30

40

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70

80

90

100

110

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.17 – Corpo-de-prova VDM III 17.

0

10

20

30

40

50

60

70

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90

100

110

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.18 – Corpo-de-prova VDM III 18.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,2625 0,2630 0,2635 0,2640 0,2645 0,2650 0,2655Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Figura A.19 – Corpo-de-prova VDM III 19.

65

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

110,00

0,7350 0,7355 0,7360 0,7365 0,7370 0,7375 0,7380Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Célula no topo do modelo Célula no apoio do modelo

Figura A.20 – Corpo-de-prova VDM II 20.

0

10

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100

110

0,5880 0,5885 0,5890 0,5895 0,5900 0,5905 0,5910Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Célula no topo do modelo Célula no apoio do modelo

Figura A.21 – Corpo-de-prova VDM II 21.

0

10

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100

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1,1910 1,1915 1,1920 1,1925 1,1930 1,1935 1,1940Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Célula no topo do modelo Célula no apoio do modelo

Figura A.22 – Corpo-de-prova VDM II 22.

0

10

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0,3328 0,3333 0,3338 0,3343 0,3348 0,3353 0,3358Tempo (s)

Car

ga (k

N)

Célula no topo do modelo Célula no apoio do modelo

Figura A.23 – Corpo-de-prova VDM III 23.