CÁLCULO DE REFORÇO DE VIGA

UTILIZANDO FIBRA DE CARBONO

1. INTRODUÇÃO

A viga é elemento fundamental em uma estrutura de concreto armado, por isso deve

ser dimensionada à resistir os esforços solicitantes atendendo assim as necessidades do

fim a que se destina.

As estruturas de concreto armado são as mais utilizadas no Brasil, desde pequenas

construções até as chamadas Obras de Arte. Sendo assim o número de ocorrências de

deficiência de estruturas de concreto armado é frequente.

Outro motivo para o grande número de ocorrência de deficiências é a falta de controle

da execução da estrutura, devido a mão de obra desqualificada, e a necessidade de atender

as grandes demandas de projetos urgentes, fazendo com que o controle nos cálculos

estruturais seja menos rigoroso em função do rendimento do trabalho.

A deficiência em um cálculo de dimensionamento de uma viga de concreto

armado pode ocasionar em comprometimento na estabilidade da estrutura chegando

a ocasionar risco de vida.

Por serem de extrema importância, na construção, esses erros devem ser tratados com

a maior urgência e responsabilidade. Quando há uma deficiência na estrutura na qual o

problema é o sub-dimensionamento da armadura tracionada, podemos em boa parte

dos casos utilizar um método de reforço com Fibra de Carbono.

O emprego desta técnica de PRFC(Polímero Reforçado com Fibra de Carbono)

como elemento de recuperação, foi impulsionado inicialmente pela necessidade de

uma alternativa ao aço em estruturas sujeitas a ambientes altamente corrosivos, e a

mudança de dimensões iniciais das peças de concreto quando reforçadas por métodos

convencionais.

2. OBJETIVOS

Este trabalho propõe o reforço de uma estrutura inovador, a fibra de carbono,

mostrando método de aplicação e noções de dimensionamento.

3. CARACTERÍSTICAS DA FIBRA DE CARBONO

As fibras contínuas, como as de carbono, tem como utilização mais comum os

reforços estruturais em sistemas compósitos (concreto armado por exemplo). As fibras

tem como papel principal colaborar com as características de resistência e espessura

podendo ser consideradas o “esqueleto” do sistema.

As fibras de carbono são provenientes da pirólise de materiais carbonáceos que

produzem filamentos de alta resistência mecânica. São conhecidas desde o século XIX.

Thomas Edison usou as fibras de carbono como filamentos as primeiras lâmpadas

incandescentes. As primeiras fibras eram feitas de utilizando-se de bambu ou algodão

enquanto as atuais têm como matéria prima básica o petróleo.

A grande utilização das fibras de carbono ocorreu após a descoberta de sua

grande resistência a tração por volta dos anos 60 do século passado.

A vantagem de sua grande resistência comparativamente ao aço, e seu alto

modulo de  resistências trouxeram a possibilidade de soluções inteiramente novas para o

mercado.

A utilização das fibras de carbono na construção civil, de iniciativa recente

(aprox. 10 anos) deverá sofrer um grande incremento a partir de agora, pois as suas

características permitem soluções diferenciadas e praticamente únicas em muitos casos.

A elevada resistência a tração da mesma (aprox. 10x a do aço para a mesma

seção), alto módulo de elasticidade, rapidez na aplicação e seções reduzidas do material

transformam o produto inigualável em uma série de aplicações.

As principais aplicações são:

1- Aumento da capacidade de suporte das vigas e lajes bem como de pilares em

condições especiais, tais como:

Aumento de sobrecarga de estrutura existente para novos equipamentos ou

mudança de utilização;

Recomposição para a carga de projeto prevista inicialmente em caso de erros de

projetos e/ou execução;

Reforços em áreas que não se pode alterar o pé direito da construção pois as sua

dimensões são mínimas (menos de 1 cm);

Reforços em tanques e caixas d’águas circulares;

Reforços em ponte e viadutos.

4.JUSTIFICATIVA

O procedimento adotado foi o de colagem da fita de fibra de carbono com resina

epóxi na peça de concreto a ser reforçada por 2 motivos:

1- Trata-se de uma inovadora técnica de reforço estrutural onde o material apresenta

uma excelente resistência a tração .

2- A mudança no pé direito implicaria em um enorme desconforto para o cliente, pois o

mesmo já estava com 2,40 m.

4.0 DADOS

Figura 1 : PLANTA BAIXA

Figura 2 :

Figura 3:

5. CALCULOS

5.1 CÁLCULO RESISTENTE DA SEÇÃO ORIGINAL SEM O PILAR P2

• Equação Rcd = Rsd

As x fyd = 0,85 x bw x y x fcd

Y = 15,93 cm

• Equação Md = Rsd x z

Md= As x fyd x (d-0,5y)

Md = 108,5 KN .m

• Mk resist = Md L 1,4

Mk resist = 77,5 KN.m = 7,75 t.m

7,75 < 18, 73

CONCLUSÃO : HÁ NECESSIDADE DE REFORÇO

5.2 DEFORMAÇÕES INICIAIS

Md = Rcd x Z

Md= bw x 0,85 x fcd x y(d-0,5y)

Y = 0,80cm portanto X = 1cm

Rcd = 0,85 x bw x y x fcd

Rcd = 19,43 KN

σ sd = Rcd L As

σ sd = 2,18 KN L cm²

εsi = σ sd L 2,1x10⁴

εsi = 1,03x10 -⁴

εti= εsi x (h – x ) L (d – x )

εti = 1,30 x 10 - ⁴

5.3 DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO

Dado o diagnostico de necessidade de reforço na estrutura, avalia-se a viabilidade do

projeto, escolhendo o melhor material para a solução adotada e em consequência o

método de aplicação, partindo para o projeto e execução do reforço.

Devido ao seu comportamento excelente e suas características de suportar os

esforços solicitados, o compósito de fibra de carbono é usado em varias condições e

tipos de reforços, afim de solucionar as mais diversas situações a ele impostas.

Md = Rdc x Z

Md= bw x 0,85 x fcd x y(d-0,5y)

Md= 18,73 t.m

Y= 3,14cm portanto X= 3,93cm

εs= εc x ( d – x ) L x

εs= 0,028

εt= εs x ( h – x ) L ( d – x )

εt= 0,031

εf= εt – εti

εf= 0,031

Utilizando o compósito da MBT, Mbrace CF 130, temos as seguintes

características:

Espessura= 0,165 mm

Tensão de ruptura= 3800Mpa

Modulo de elasticidade= 227.000Mpa

Lei de Hooke

σ = E L ε

-ff = Ef x εf

ff= -703,7 KN L cm²

Área da fibra = 0,42 cm² L m

Largura da fibra = 0,42 L 0,0165 = 25,66cm

CONCLUSÃO: COMO A LARGURA DA VIGA É 20CM USAREMOS PORTANTO

2 CAMADAS DE FIBRA DE CARBONO.

6. APLICAÇÃO DA FITA DE CARBONO

SIKA CARBORDUR com EPÓXI SIKADUR 30

• Fazer limpeza da estrutura com a ajuda de uma lixadeira.

Fazer a medição e riscar a superfície para balizar a colocação da fita.

Colocação do escoramento para alivio na carga da viga.

Aplicação da fita de fibra de carbono na Viga.

Viga reforçada com Fitas de Fibra de Carbono

7. CONCLUSÃO

A realização do reforço com Fibra de Carbono em uma estrutura mostra-se

prático e eficiente, compatível com a rapidez executiva necessária nas construções atuais,

desde que observadas as recomendações técnicas específicas.

A fibra de carbono cuja característica mais representativa é a resistência a tração,

unida ao esqueleto da estrutura, adicionando a estrutura essa característica,

apresentam desempenho tem sido satisfatório para todos, levando-se em consideração

que o edifício ainda não está habitado, seu desempenho ainda não pode ser julgado

como ótimo.

Ao executar-se um cálculo estrutural, deve-se ter o cuidado de adotar sempre o

método mais próximo com a realidade, para que o sistema funcione como

especificado, não havendo surpresas futuras. Neste trabalho foi analisado, ainda que

em apenas uma viga, como essa escolha pode influenciar na estratégia de uma empresa.

Com a busca constante de novas tecnologias afim de, suprir cada dia mais

as necessidades da construção civil, a Fibra de Carbono tende a ser não só instrumento

de reforços de estruturas, mas sim grande aliado na concepção de projetos que

utilizarão da fibra como seu principal material de resistência.