Reforço a Flexãoem Viga de Concreto Armado Com Tecidos de Fibra de Carbono
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UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLIGICA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL LUAN HELDER GOMES DA SILVA RODRIGO OLIVEIRA VALENTE REFORÇO A FLEXÃOEM VIGA DE CONCRETO ARMADO COM TECIDOS DE FIBRA DE CARBONO BELÉM - PA 2013
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TCC SOBRE A UTILIZAÇÃO DE TECIDOS DE CARBONO NO REFORÇO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO
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UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLIGICA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
LUAN HELDER GOMES DA SILVA
RODRIGO OLIVEIRA VALENTE
REFORÇO A FLEXÃOEM VIGA DE CONCRETO ARMADO COM TECIDOS DE
FIBRA DE CARBONO
BELÉM - PA
2013
2
LUAN HELDER GOMES DA SILVA
RODRIGO OLIVEIRA VALENTE
REFORÇO A FLEXÃO EM VIGA DE CONCRETO ARMADO COM TECIDOS DE
FIBRA DE CARBONO
Trabalho de conclusão de curso apresentado a
coordenação do curso de engenharia civil do
centro de ciências exatas e tecnológica da
Universidade da Amazônia com requisito para
obtenção de titulo em Bacharel em Engenharia
Civil.
Orientador: Prof. MSc. Evaristo Clementino
Rezende dos Santos Junior.
BELÉM - PA
2013
3
LUAN HELDER GOMES DA SILVA
RODRIGO OLIVEIRA VALENTE
REFORÇO A FLEXÃOEM VIGA DE CONCRETO ARMADO COM TECIDOS DE
FIBRA DE CARBONO
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à coordenação do curso de
engenharia civil do centro de ciências
exatas e tecnológica da Universidade da
Amazônia com requisito para obtenção de
titulo em Bacharel em Engenharia Civil.
Banca Examinadora
_________________________________________________
Prof. MSc. Evaristo Clementino Rezende dos Santos Junior
Orientador – UNAMA
_________________________________________________
Prof. MSc. Antonio Massoud Salame
UNAMA
__________________________________________________
Prof. MSc. Clementino José dos Santos Filho
UNAMA
Apresentado em: ___ /___ /___
Conceito: _________________
BELÉM – PA
2013
4
DEDICATÓRIA
Dedicamos este trabalho primeiramente aos nossos pais, pois sem eles não
teríamos chegado até aqui, em segundo lugar ao nosso grande Mestre e Professor
Evaristo Clementino Rezende dos Santos Junior pela orientação, incentivo e valiosa
contribuição durante este trabalho, a todos os demais professores e funcionários da
Universidade da Amazônia aos colegas de classe que sem eles nossa caminhada
teria sido muito mais árdua.
Dedicamos principalmente a Raimundo Nonato Ribeiro da Silva (In
Memoriam), pai do meu companheiro de jornada Luan Helder, que tem hoje o seu
sonho realizado que é ver seu filho tornar-se Engenheiro Civil.
Luan Helder Gomes da Silva e Rodrigo Oliveira Valente.
5
AGRADECIMENTOS
Queremos agradecer, em primeiro lugar, a Deus, pela força e coragem
durante toda esta longa caminhada.
Agradecemos também a todas as pessoas que direta ou indiretamente
contribuíram para essa nossa vitória em especial ao grande Professor MSc. Evaristo
Clementino Rezende dos Santos Junior, por conceder a oportunidade de nos
orientar mostrando-se sempre paciente e solicito nos momentos mais precisos do
trabalho pesquisado.
Agradecemos esta, bem como todas as nossas demais conquistas, aos
nossos amados familiares e pais Jorge da Costa Valente e Rosangela Maria Oliveira
Valente, Raimundo Nonato Ribeiro da Silva (In Memoriam) e Raimunda Pereira
Gomesque não mediram esforços para ver nossos sonhos realizados.
Rodrigo Oliveira Valente e Luan Helder Gomes da Silva
6
RESUMO
O número de patologias em estruturas de Concreto Armado (CA) é recorrente,
surgindo com isso, à necessidade de reforço nas estruturas e consequentemente
estudos para sanar tais deficiências. O estudo será direcionado para a solução de
tais problemas através da aplicação da fibra de carbono na estrutura de CA com
necessidade de reforço, o objetivo é o ganho de resistência na peça reforçada,
objeto do nosso estudo. Nas últimas décadas os compósitos Reforçados com Fibra
de Carbono (CRFC) têm despertado o interesse de pesquisadores no mundo inteiro
para a utilização no reforço de estruturas em substituição aos métodos tradicionais,
pois apresentam maior resistência e menor massa específica que o aço.
Palavra Chave: Concreto Armado, Estudo, Reforço com Fibra de Carbono
7
ABSTRACT
The number ofconditions inReinforced ConcreteStructures(CA) is recurrent,
appearing with it, the need tostrengthenthe structures andconsequentlystudiesto
remedysuchdeficiencies. The studywill be directed tothe solutionof
suchproblemsthrough the application ofcarbon fiberin the structureofCAin need
ofstrengthening, the goal is togainstrengthin the playenhancedobjectof our study. In
recent decadesthe compositesreinforced withcarbon fiber(CRFC) haveattracted the
interestof researchersworldwidefor usein reinforcingstructuresto replacetraditional
methods, since they have higher strength andlowerdensitythan steel.
Keyword: Concrete, Study, StrengtheningwithCarbon Fiber
8
LISTA DE QUADROS
Quadro1 - Variação das propriedades físicas e mecânicas de diversas fibras 20
Quadro 2 - Comparativo entre as características dos diversos tipos de fibras 20
Quadro 3 - Características de instalação de mantas de fibras de carbono 25
Quadro 4- Modo de rupturas possíveis 30
Quadro 5– Características das vigas 34
Quadro 6- Caracteristicas do viapol Carbon Primer 37
Quadro 7 – Caracteristicas do viapol Carbon Stuc 37
Quadro 8 - Caracteristicas do viapol Carbon Stuc 38
Quadro 9– Caracteristicas do viapol Carbon CFW 300 39
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1-Diagrama de tensão x deformação especifica desse compósito 21
Figura 2-Compósito de epóxi com fibras de carbono 21
Figura 3-Fios de fibras de carbono 23
Figura 4-Chapas pulturadas 24
Figura 5-Tecidos de fibras de carbono 24
Figura 6-Diagrama de tensão x deformação especifica de tecido 25
Figura 7-Modo de ruptura possível 31
Figura 8-Efeito pelling off na interface do concreto 32
Figura 9-Betoneira utilizada na concretagem 35
Figura 10-Viga modelo armada 35
Figura 11-Detalhamento e relação do aço utilizado nas vigas modelos 36
Figura 12-Produtos do sistema de reforço estrutural 36
Figura 13-Foto da viapol carbon CFW 300 38
Figura 14-Agregados na Estufa 40
Figura 15-Agregados na peneira 40
Figura 16-Aplicação de espaçadores 41
Figura 17-Aplicação do desmoldante 41
Figura 18-Slump teste 42
Figura 19-Moldagem dos CP cilíndricos 10x 20 42
Figura 20-Modelo de aparelho de apoio utilizado no experimento 43
Figura 21-Viga VR1 sobre o apoio 44
Figura 22-Viga VR1 rompida a flexão 44
Figura 23-Viga VR3 em estado inicial de colapso 45
Figura 24-Preparo da superfície e processo de mistura das resinas 46
Figura 25-Aplicação dos produtos e MFC da viapol sobre a viga 47
10
Figura 26-Viga VR2 48
Figura 27-Viga VR3 48
Figura 28-Gráfico dos resultados alcançados através das rupturas das vigas 49
11
LISTA DE ABREVIATURAS
CRF Compósito Reforçado com Fibras de Carbono
PRFC Polímero Reforçado com Fibra de Carbono
CA Concreto Armado
MFC Manta com Fibra de Carbono
MPa Mega Pascal
cm Centímetro
m Metro
PRF Polímero Reforçado com Fibra
Tnf Tonelada Força
VR1 Viga de Referencia do Grupo 1
VR2 Viga de Referencia do Grupo 2
VR3 Viga de Referencia do Grupo 3
GPa Giga Pascal
mm Milímetro
Kn Kilo Newton
m³ Metro Cúbico
°C Graus Celsius
12
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 14
2. OBJETIVOS 15
2.1. OBJETIVO GERAL 15
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 15
3. JUSTIFICATIVA 16
4. METODOLOGIA 17
4.1.SISTEMA DE REFORÇO COM FIBRA DE CARBONO 17
4.2. USO DE FIBRAS NO CONCRETO ARMADO 17
4.3.COMPÓSITO COM FIBRA DE CARBONO 18
4.4.RESINA EPOXÍDICA 25
5. REFORÇO ESTRUTURAL 28
5.1 PROBLEMAS ESTRUTURAIS 29
5.2 TIPOS DE RUPTURA DE VIGAS REFORÇADAS 29
5.3. REFORÇO À FLEXÃO 32
6. ESTUDO DO CASO 34
6.1 MATERIAL UTILIZADO 34
6.1.1 Concreto 34
6.1.2 Aço 35
6.1.3 Sistema de Reforço com MFC 36
7. PREPARAÇÃO DO EXPERIMENTO 39
7.1.APLICAÇÃO DO REFORÇO 39
7.2.PREPARO DA SUPERFÍCIE 39
7.3APLICAÇÃO DA MFC 39
7.4SEGURANÇA 40
8. DESCRIÇÃO DO ENSAIO 40
13
8.1MODELAGGEM DAS VIGAS E CORPOS DE PROVA 41
9. MONTAGEM DO ENSAIO 42
10. EXECUÇÃO 43
11. ANÁLISE DOS RESULTADOS 44
11.1VIGA DE REFERÊNCIA VR1 44
11.2 VIGA DE REFORÇO COM MANTA DE CARBONO VR2 E VR3 47
11.3 VIGA REFORÇADA VR2 47
11.4 VIGA REFORÇADA VR3 48
12. CONSIDERAÇÕES FINAIS 50
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 51
ANEXO A - RELATÓRIO DE ENSAIO 53
14
1. INTRODUÇÃO
A Construção Civil sempre existiu desde os primórdios da humanidade, a
história nos mostra isso, com o intuito de suprir as necessidades básicas imediatas
do ser humano, no primeiro momento não havia uma preocupação com a técnica
devido aos deslocamentos constantes por motivos diversos. O homem é o único ser,
entre as inúmeras espécies de seres vivos, que tem a capacidade de transformar e
produzir suas técnicas continuamente aperfeiçoando-as, através do experimento e
estudo, para obter melhores resultados.
O fato de o homem ser um ser social houve a necessidade de criar
aglomerados humanos que mais tarde foram chamados de cidades, para a
construção das cidades o homem precisou criar técnicas mais avançadas e
apropriadas para construir moradias, onde no mesmo espaço, fosse acomodado o
maior número de pessoas e que resistisse às intempéries, surgem assim às
moradias mais elaboradas com técnicas mais ousadas.
Em uma estrutura de Concreto Armado (CA) um dos elementosfundamentais
é a Viga, por tal motivo deve ser dimensionada visando resistir a esforços de flexões,
dentre outros, estruturas em concreto armado são as maisusadas na construção civil
no Brasil, o seu uso vai de pequenas construções até os grandes arranha-céus. O
número de patologias em estruturas de CA é recorrente, surgindo com isso, à
necessidade de reforço nas estruturas e consequentemente estudos para sanar tais
deficiências.
O estudo será direcionado para a solução de tais problemas através da aplicação da
fibra de carbono na estrutura de CA com necessidade de reforço, o objetivo é o
ganho de resistência na peça reforçada, objeto do nosso estudo. O sistema de
reforço com as fibras de carbono são usadas com o intuito de reparar algumas
fragilidades que a estrutura possa apresentar e que não reparadas,
consequentemente levarão a interdição total ou parcial da estrutura podendo chegar
até o seu colapso total.
Nas últimas décadas os compósitos reforçados com fibra de carbono (CRFC)
têm despertado o interesse de pesquisadores no mundo inteiro para a utilização no
reforço de estruturas em substituição aos métodos tradicionais, pois apresentam
maior resistência e menor massa específica que o aço.
15
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
Apresentar, através de experimentos práticos e pesquisa bibliográfica o uso de
polímeros reforçados com fibra de carbono como opção de tecnologia a ser aplicada
como reforço em estruturas de concreto armado quando submetido a esforço de
flexão.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Apresentar as características técnicas do Polímero Reforçado com fibras de
Carbono (PRFC), como sua estrutura interage com peças de concreto armado em
especial vigas retangulares e qual o procedimento correto a ser adotado para aplicar
o PRFC como reforço estrutural.
Estabelecer o ganho de resistência adquirindo com o reforço de uma camada
de Manta de Fibra de Carbono (MFC), este ganho será avaliado através de um
comparativo realizado por um experimento prático feito com três vigas CA, obtido
pela ruptura das vigas modelo de CA e vigas modelo CA com reforço de MFC.
16
3. JUSTIFICATIVA
Segundo (ROCHA-CARVALHO CARLOS, 2000), o reforço estrutural com fibra de
carbono tem sua origem no Japão por volta da segunda metade da década de 1980
em face dos problemas e danos estruturais originados por abalos sísmicos, pois as
estruturas necessitavam de recuperação e reforço num curto intervalo de tempo.
Foram executados reforços em pilares com fibras de carbono, de modo a enrijecer
os nós das estruturas, buscando-se sanar os danos causados pelos abalos
sísmicos. Nos Estados Unidos da América esse tipo de material foi utilizado em
projetos aeroespaciais.
Posteriormente sua utilização estendeu-se à indústria automobilística, como
revestimento dos carros de Fórmula 1, para a proteção contra batidas frontais
evitando o esmagamento das pernas dos pilotos em caso de acidentes.
O sistema de reforço com compósitos é indicado para aplicações em vigas,
lajes, paredes, silos, reservatórios, túneis e demais elementos estruturais sujeitos à
deterioração, ou para possibilitar o acréscimo de sua capacidade de carga ou para
diminuir as flechas.
Devido ao conjunto de materiais empregados nessa técnica, em que é
utilizado compósito de fibra de carbono e resina epóxi, a colagem externa do reforço
possibilita um aumento significativo na resistência das estruturas, de modo a
possibilitar uma mudança de uso das mesmas, corrigir erros de projeto ou de
execução, recuperação estrutural face ao tempo de uso ou por algum acidente
durante a vida útil da estrutura.
O reforço com compósitos de fibra de carbono, além de possuir
características semelhantes às encontradas em sistemas de reforços realizados com
chapas de aço tais como a enorme variedade de casos em que podem ser
empregadas, é uma técnica rápida, fácil e de eficaz aplicação. O fato das dimensões
das estruturas permanecerem praticamente inalteradas é um fator determinante na
adoção desse tipo de reforço. O baixo peso específico do sistema de reforço é uma
grande vantagem em relação à adoção de chapas metálicas.
17
4. METODOLOGIA
Serão analisados os fatores que geram a necessidade de reforço, diversas
técnicas e materiais que podem ser utilizados, descrevendo alguns estudos
realizados sobre comportamento de vigas reforçadas à flexão.
O trabalho tem como desenvolvimento o estudo a respeito da utilização da
fibra de carbono para reforço de vigas de concreto armado à flexão, com base em
estudos realizados através de livros, pesquisas, normas técnicas e cálculos têm-se
como intuito realizar experimentos com varias amostras, usando modelos simples e
de uma escala menor de vigas (15x20x50 cm) de CA.
O dimensionamento da viga será realizado com a utilização do Software
‘’Eberick V6’’e a utilização de normas técnicas como a NBR 6118:2003 para a
confecção das vigas de concreto armado.
4.1. SISTEMA DE REFORÇO COM FIBRA DE CARBONO
O desenvolvimento de materiais poliméricos avançados possibilitou a
utilização dos mesmos em diversificada áreas de aplicação industrial e comercial.
Por diversos anos esses materiais têm sido empregados nas industriais
aeroespaciais e de defesa, nas construções navais, na indústria automotiva e até
mesmo na de equipamentos esportivos.
Por causa do alto custo inicial da produção desses materiais, junto com a falta
da mão de obra especializada e aliado à falta de pesquisa e informações técnicas
adequadas, limitaram e inibiram por logo prazo a utilização dos materiais poliméricos
avançados na indústria da construção civil.
4.2. USO DE FIBRAS NO CONCRETO ARMADO
Usados em grande escala na construção civil, o concreto armado que e à
união do aço e do concreto em uma mesma peça, tem como finalidade de formar as
mais diversas estruturas idealizadas pelos engenheiros e arquitetos. Nada mais justo
já que se trata de um material que tem como característica a boa trabalhabilidade,
boa durabilidade, boa resistência mecânica além dos custos acessível que se tornou
bastante popular.
18
As peças de concreto armado são projetadas para resistirem a esforços
solicitantes segundo a NBR – 6118:2003, sendo que seu estado limite de serviço é
quem determina as máximas cargas que a peça resistirá.
Quando as peças de concreto armado não suportam aos esforços
solicitantes, seja por erro de cálculos, uso indevido ou imprevisões, começa a
apresentar sinais da deficiência, como flechas acima do previsto, fissuras, trincas ou
até mesmo seu rompimento por completo.
Na maioria dos casos de deficiência estrutural, é possível a recuperação da
mesma sem necessidade de substituição da peça, ou seja, pode ser executada
acrescentando mais área de secção aço, fibra de carbono, etc.
4.3. COMPÓSITOS DE FIBRA DE CARBONO
As fibras são as responsáveis pela resistência e rigidez do compósito, que
varia em função do tipo, tamanho, grau de concentração e disposição das mesmas
na matriz.
As fibras contínuas, como as de carbono, têm como utilização mais comum os
reforços estruturais em sistemas compósitos (concreto armado, por exemplo). As
fibras têm como papel principal colaborar com as características de resistência e
espessura podendo ser consideradas o “esqueleto” do sistema.
Os compósitos são constituídos de uma matriz termoplástica ou matriz com
cura térmica (termofixos) e fibras contínuas dispostas aleatoriamente ou em direções
definidas. A resistência da matriz é menor que a das fibras, sendo que essas devem
resistir às cargas para obter-se um ganho maior na resistência do compósito, mas o
inconveniente que deve ser realçado é a ruptura brusca das fibras. A função da
matriz é colar as fibras e transmitir as ações externas para as mesmas por meio de
tensões tangenciais.
O comportamento e as propriedades dos materiais compósitos dependem da
natureza, da forma, do arranjo estrutural e da interação entre os componentes. As
propriedades e características de cada componente determinam as propriedades
gerais do compósito.
19
Segundo (MACHADO, 2002) as fibras de carbono resultam do processo de
carbonização de fibras de polímeros, como o poliacrilonitril, sendo suas
características mecânicas diretamente dependentes da estrutura molecular obtida.
Dependendo do tipo de tratamento da fibra básica que inclui carbonização,
grafitização e oxidação, é possível fabricar fibras de carbono com diversas
configurações de resistência e algumas delas podem chegar a ser várias vezes mais
resistentes que o aço. A produção dessas fibras exige exposição ao ar das fibras
base, seguida de processamento a altas temperaturas (da ordem de 1000ºC a
1500ºC para as fibras de carbono). Essa característica confere à fibra resistência à
tração da ordem de 3500 MPa com uma deformação específica de 1,5%.
A fibra de carbono é um material baseado na força das ligações carbono-
carbono, no grafite, e na leveza do átomo de carbono. A fibra de carbono é
caracterizada por uma combinação de baixo peso, alta resistência e grande rigidez o
seu alto módulo de elasticidade e alta resistência dependem do grau de orientação
das fibras, ou seja, do paralelismo entre os eixos dessas.
As fibras têm diâmetros entre, 0,07mm e 0,10mm. Elas podem ser longas,
quando forem contínuas, ou curtas, quando forem fios cortados (com comprimentos
de 03 mm a 50 mm). A relação entre o comprimento e o diâmetro médio das fibras
curtas é chamada de fator de tamanho. As propriedades de um compósito com fibras
curtas são muito dependentes dessa relação, pois quanto maior o fator de tamanho,
maior será a resistência do compósito.
Os compósitos de fibras contínuas mais utilizadas atualmente são os de vidro,
os de carbono e a aramida. As propriedades físicas e mecânicas variam
consideravelmente para os diferentes tipos de compósitos e podem variar
significativamente para o mesmo tipo de material. (Quadro1)
20
Quadro 1- variação das propriedades físicas e mecânicas de diversas fibras.
Fonte: MATHYS 2000.
Quadro 2 – comparativo entre as características dos diversos tipos de fibras.
* PAN = Fibras obtidas por pirólise e oxidação de fibras sintéticas de Poliacrilonitrilla.
**Picth = fibras obtidas pela pirolise do petróleo destilado ou pinche convertido do cristal liquido.
Fonte: MATHYS, 2000.
Observa-se que na Figura 1. que os compósitos de fibras de carbono (CRFC)
são os materiais mais indicados para o reforço de vigas de concreto armado, pois
apresentam alto desempenho mecânico e o aumento na seção transversal original é
praticamente desprezível.
21
Figura1 – Diagrama de Tensão x Deformação especifica desses compósitos de aço.
Fonte: Machado, 2002.
A Figura 2 mostra a foto de um material compósito com matriz epóxicom
fibras de carbono.
Figura 2 – Compósito de epóxi com fibras de carbono.
Fonte: Machado, 2002.
São adequados para o reforço de vigas de concreto armado, devido ao alto
desempenho mecânico dessas fibras.
Os compósitos de fibra de carbono permitem uma significativa redução nas
dimensões dos elementos de reforço, além de sua elevada resistência à tração e
módulo de elasticidade da ordem de grandeza do módulo de elasticidade do aço.
As características dessa técnica de reforço incorporam algumas vantagens,
como o acréscimo insignificante na carga permanente e uma espessura mínima do
reforço. A boa flexibilidade do material permite adaptação a várias formas e a
facilidade de aplicação reduz os custos e o tempo de paralisação do uso da
22
estrutura, além de ser um material não corrosivo, o que garante maior durabilidade e
menor manutenção.
Os compósitos de fibra de carbono permitem uma significativa redução nas
dimensões dos elementos de reforço, além de sua elevada resistência à tração e
módulo de elasticidade da ordem de grandeza do módulo de elasticidade do aço.
Os polímeros são materiais compósitos não homogêneos, anisotrópicos e de
comportamento perfeitamente elástico até a ruína. Os Polímeros Reforçados com
Fibras (PRF) são constituídos por um componente estrutural (as fibras) e por uma
componente matricial (a resina polimérica) e geralmente por alguns fillers e aditivos.
O desempenho de um PRF é determinado pelas propriedades e características dos
materiais que o constituem, pela interação entre esses materiais e pelas condições
da execução do reforço, daí sua enorme versatilidade.
Os polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC), ou carbon fiber
reiforced polymers (CFRP), são apropriados para o reforço de estruturas de concreto
armado devido ao elevado desempenho mecânico das fibras de carbono.
O PRFC é um subproduto de materiais com base em poliacrilonitril, oriundo
da indústria de refinação, oxidado a 1500°C. O resultado é um material com base
em carbono, em forma de fibra, na qual os átomos ficam perfeitamente alinhados ao
longo da fibra.
Os compósitos de PRFC destacam-se principalmente por quê:
Em temperatura ambiente as fibras de carbono não são afetadas pela
umidade e ação de vários solventes, ácidos e base;
Mantém a alta resistência e rigidez sobre temperaturas elevadas;
Não são afetadas pela corrosão por se tratar de um produto inerte;
Estabilidade térmica e reológica;
Bom comportamento a fadiga e atuação de cargas cíclicas;
Resistência mecânica;
Peso específico da ordem de 1,8g/cm³o que lhe confere extrema leveza.
23
Inicialmente utilizados para o reforço de pilares submetidos a ações sísmicas,
esses polímeros já se encontram em aplicações práticas no reforço de lajes, vigas,
pilares e paredes, em estruturas de edifícios e de pontes. Uma vez garantida à boa
qualidade do concreto e a ausência de corrosão nas armaduras, tais reforços
possibilitam limitar a abertura das fissuras e reduzir as flechas, além de aumentar a
resistência à flexão e à força cortante.
Os PRFC possuem baixa condutividade térmica transversal e a sua
resistência ao fogo é limitada pela instabilidade da resina exposta a elevadas
temperaturas. Os compósitos utilizados em reforço estrutural apresentam-se sobre
diversas formas, tais como:
Fios de fibra de carbono: são enrolados sobre tensão e colados sobre a
superfície do concreto (Figura 3)
Figura 3- Fios de Fibras de Carbono
Fonte: www.masterbuilds.com.br/fibras
Chapas pultrudadas: são chapas de polímeros reforçados com fibras de
carbono impregnadas com resina epóxi ou poliéster, que resultam em perfis
contínuos com formatos diversos e complexos, que são colados sobre a
superfície de concreto com adesivo (Figura 4).
24
Figura 4-Chapas Pultrudadas
Fonte: www.masterbuilds.com.br/fibras
Tecidos de fibra de carbono: Os tecidos de fibras de carbono são pré-
impregnados (prepreg), com espessura similar a do papel de parede, colados
sobre a superfície do concreto com resina epóxi, seguindo exatamente a
curvatura do elemento e permitindo a aplicação em arestas (Figura 5)
Figura 5 - Tecido de Fibras de Carbono
Fonte: www.masterbuilds.com.br/fibras
A Figura 6 mostra curvas tensão-deformação de dois tipos de tecidos
comercializados atualmente.
25
Figura 6 – Diagrama Tensão x Deformação Especifica de tecidos de fibras de carbono
Fonte: www.masterbuildstecnologics.com.br; 1996.
As principais características e aspectos de instalação de sistemasde reforços com
mantas e tecidos de fibra de carbono são apresentados no Quadro 3.
Quadro 3 - características e aspectos de instalação de mantas e tecidos de fibras de carbono
Fonte: Araújo, 2002.
4.4. RESINA EPOXÍDICA
A matriz dos compósitos reforçados com fibras é responsável pela união das fibras
que compõem o compósito, atuando como o meio pelo qual as solicitações externas
26
são transmitidas e distribuídas para as fibras. Apenas uma parcela muito pequena
desta solicitação é absorvida pela matriz.
As resinas sintéticas estão entre os materiais mais empregados na recuperação
e no reforço de estruturas. Essas resinas são formadas por monômeros, que ao
reagirem com catalisadores formam polímeros de cadeias de grande extensão. As
características desses polímeros variam de acordo com o monômero e o catalisador
utilizado, e com as proporções desses para a formação dos polímeros.
As resinas epóxi, dentre as resinas sintéticas utilizadas na construção, tais como
as resinas acrílicas, as de poliéster, as poliuretânicas, são as mais utilizadas sem
reforços e recuperações de estruturas de concreto devido a uma série de vantagens
que essas apresentam sobre as outras. Dentre as vantagens dessas resinas
enfatizam-se as suas excelentes propriedades de aderência e durabilidade, além da
compatibilidade entre esses materiais e o concreto. Possuem excelente resistência à
tração, boa resistência à fluência, boa resistência química e a solventes, forte
adesão com as fibras e baixa retração durante a cura. O preço e o longo período de
cura são as desvantagens. As elevadas temperaturas comprometem a resina
epóxica, que se torna elastomérica, o que acarreta reduções consideráveis de
resistência.
As resinas epóxi (etoxileno) são derivadas do petróleo, resultante da combinação
da epicloridrina e do bisfenol “A”. A primeira é proveniente de gases do petróleo, e a
segunda da condensação de fenol com acetona. Essas resinas representam uma
importante classe dos polímeros termorrígidos e têm sido comercializadas desde a
década de 1940.
As resinas epóxi empregadas em aplicações da engenharia estrutural por si só
não apresentam características físicas para utilização prática. Geralmente são
formulações do tipo bi-componente, ou seja, compostas por um agente principal (a
própria resina) e um catalisador (endurecedor). Dessa forma, o catalisador reage
com as resinas gerando uma “formulação epóxi”.
Cada “formulação epóxi” possui propriedades físicas e químicas bem definidas,
dentre elas destacam-se:
27
Intervalo de tempo variando de 30 minutos a 10 horas para adquirir
resistência, sendo que a resistência máxima é obtida aos sete dias;
Resistência a tração variando de 55 Mpa a 130 MP, e a compressão variando
de 120 Mpa a 210 Mpa;
Modulo de elasticidade: 2,5 GPa a 4,1 GPa;
Peso especifico: 10,8 Kn/m³ a 12,7 Kn/m³;
Deformação especifica na ruptura: 1% a 9%;
Resistencia a flexão; 131 Mpa;
Excelente adesão ao concreto com resistência entre 30 MPa e 50 MPa;
Retração inferior à do concreto.
A resina epóxi tem como finalidade atuar como adesivo, ou seja, fazer com que o
material atinja sua resistência própria em uma hora, apresentando excelente
resistência química, elevada capacidade de liga, resistência final muito elevada, e
garantir a aderência do compósito ao substrato de concreto, transferindo as tensões
tangenciais desse para o substrato, de modo a estabelecer a integridade do arranjo
compósito-epóxi-concreto, ou atuar como selante, para uso com diversos materiais
de construção, possuindo durabilidade e elasticidade muito maiores do que os
materiais usuais.
O epóxi puro formado exclusivamente por resina e catalisador é o material
utilizado no reforço e recuperação de estruturas de concreto. Por ser um material
isolante, influencia na estrutura dando a ela uma maior resistência à ruptura do
conjunto compósito-concreto, uma vez que esses dois materiais apresentam
coeficientes de dilatação térmica diferentes. A camada de epóxi não deve exceder a
3 mm de espessura para que o seu endurecimento no interior da pasta não seja
reduzido, prejudicando assim o reforço realizado. Na prática a sua espessura final
fica em torno de 1,5 mm. . A escolha do tipo de adesivo é fundamental, pois o
comportamento mecânico do reforço depende muito dele.
A temperatura que leva a passagem de um estado vítreo para um estado elástico e
dúctil é chamada temperatura de transição vítrea e a aproximação desta temperatura
28
faz com que as propriedades mecânicas, como a resistência e a rigidez da resina,
diminuam acentuadamente. Esse problema pode ser amenizado com o uso de
sprinklers, e/ou de pintura especial no acabamento do reforço, buscando-se
aumentar a resistência ao fogo.
O período em que a resina mantém suas características de aderência e pode ser
manipulada sem dificuldade, são chamadas de tempo de utilização (pot life).
Quanto maior a temperatura e quantidade de material a ser preparado, menor o
tempo de utilização. Isso ocorre em função da maior quantidade de calor e
consequente aceleração das reações. O tempo de endurecimento (open time) é o
tempo que a resina leva para endurecer, e é o intervalo no qual o compósito deve
ser colado para que suas propriedades se desenvolvam satisfatoriamente. Esse
tempo é influenciado pelas temperaturas do ambiente, do compósito e da superfície
a ser reforçada.
Além da resina, fillers e aditivos comumente também compõem a matriz. Os fillers
têm a função de diminuir o custo e melhorar as propriedades da matriz (controlar a
retração, melhorar a capacidade de transferência de tensões e controlar a tixotropia
da resina). Vários tipos de aditivos podem ser usados para aumentar a resistência
da matriz e facilitar a fabricação do compósito. Os mais comuns são os inibidores da
ação dos raios ultravioleta, os antioxidantes, os catalisadores e os desmoldante.
5. REFORÇO ESTRUTURAL
A necessidade de intervenção surge quando determinado elemento estrutural ou
a estrutura como um todo, não é mais capaz de resistir aos esforços provocados por
ações externas, cabendo ao especialista em recuperação de estruturas fazer uma
avaliação econômica para escolher entre abandonar a estrutura, demoli-la ou
recuperá-la. O reforço também pode ser utilizado quando há necessidade de
aumentar a carga atuante devido a modificações em seu regime de utilização, ou
através do aumento de solicitações, ou por alterações em sua geometria.
29
5.1. PROBLEMAS ESTRUTURAIS
Os problemas estruturais podem se manifestar de diversas formas e podem ser
atribuídos a erros de origem humana, à deterioração dos materiais e aos acidentes.
Os erros humanos podem ser identificados em vários estágios da concepção de
um empreendimento, e geralmente a ruína de elementos estruturais ocorre pela
combinação de falhas nas diversas fases. Estas falhas podem ser devidas em: falta
de qualidade técnica na execução, seleção inadequada dos materiais, projetos e
detalhes incompletos, modelos de cálculo incorretos, erro na avaliação do
carregamento e instalações não previstas.
A deterioração dos materiais pode ser atribuída ao envelhecimento natural, aos
ataques químicos (cloretos, sais, ácidos e sulfatos) e biológicos (raízes, fungos e
esgotos), a má utilização e à falta de manutenção necessária nas estruturas.
Quanto aos acidentes, eles podem ser de origem humana (explosões, incêndios,
choques, aterros, dragagem, etc.) ou natural (cheias, sismos, etc.).
5.2.TIPOS DE RUPTURA DE VIGAS REFORÇADAS
A aplicação efetiva dos compósitos no reforço estrutural de elementos de
concreto armado somente será válida quando o comportamento e os mecanismos
de ruptura dos sistemas estruturais reforçados com compósitos de fibra de carbono
forem conhecidos e entendidos satisfatoriamente.
Os incrementos na resistência à flexão, empregando-se compósitos de fibra de
carbono, podem ser considerados bastante significativos. Entretanto os modos de
ruptura podem limitar estes incrementos. Os modos de ruptura ocorrem geralmente
de forma frágil, citando-se o destacamento do reforço, o arrancamento da camada
longitudinal de concreto e o colapso da viga por força cortante, sendo que essas
rupturas podem ocorrer sobre cargas significativamente menores que aquelas
previstas pelos modelos teóricos.
As vigas de concreto armado solicitadas à flexão, reforçadas com compósitos de
fibras de carbono, podem apresentar modos de ruptura variados. Quando as taxas
de armadura e a quantidade de reforço forem significativamente reduzidas, o
30
escoamento da armadura longitudinal poderá ser seguido da ruptura à tração do
reforço. Se estes valores forem elevados, a ruptura poderá ocorrer por
esmagamento do concreto no bordo comprimido, enquanto o aço poderá ou não ter
atingido o escoamento, dependendo da taxa de armadura. Além disso, a ligação
entre o compósito e o concreto pode falhar. O descolamento pode ocorrer em função
da propagação rápida de fissuras no adesivo (as resinas apresentam ruptura frágil).
Muitos programas experimentais sobre a aplicação de tecido, mantas e
laminados de fibras de carbono no reforço de peças fletidas de concreto armado,
fazem referência a diversos modos de ruptura.
De forma geral, estes modos de ruptura podem ser divididos em três categorias,
apresentadas no Quadro4 e ilustrada na Figura 7
Quadro 4 .Modo de rupturas possíveis
Fonte: Beber, 2003.
Existem ainda outros modos de ruptura possíveis, inerentes aos compósitos, do tipo:
Ruptura do adesivo na interface adesivo / compósito (8);
Ruptura do adesivo na interface adesivo / concreto (9);
Cisalhamento interlaminar do compósito (10).
A Figura 7 representa as indicações do quadro, especificamente a linha dois
(destacamento do reforço).
31
Figura7- Modo de Ruptura Possível.
Fonte: BEEBER, 2003
As fissuras iniciais surgem na região de maior solicitação, originando uma
concentração de tensões ao seu redor. Essas tensões devem ser transferidas pelo
compósito de fibra de carbono a outras regiões do concreto, surgindo tensões
tangenciais nas interfaces concreto-epóxi-compósito, que são transferidas da região
fissurada para outras regiões capazes de absorvê-las. Alguns dos mecanismos
citados acima estão descritos a seguir:
Ruptura do compósito: a área do reforço é insuficiente para absorver as
tensões de tração na região mais solicitada;
Ruptura por esmagamento do concreto: a fissuração da peça se
desenvolve diminuindo a zona comprimida, até o momento no qual a
tensão de compressão no concreto atinge seu valor máximo, acarretando
a ruptura brusca dessa região;
Ruptura por força cortante: a fissura ocorre no extremo do reforço e se
desenvolve de forma inclinada, ao longo da altura da viga devido à
transferência das tensões tangenciais para os extremos do compósito de
fibra de carbono. Geralmente, ocorre em vigas com armadura transversal
insuficiente;
32
Ruptura por separação do substrato de concreto: esse tipo de ruptura
ocorre quando um valor excessivo para a espessura do reforço é adotado,
gerando um acréscimo de tensões na extremidade e caso essas tensões
ultrapassem a tensão de aderência admissível adesivo-concreto, o reforço
separa inicialmente seu extremo, reduzindo seu comprimento efetivo,
provocando uma ruptura horizontal devido ao aumento imediato da tensão
de separação, representando uma ruptura brusca. Pode ocorrer também
por falha na aplicação ou por escolha inadequada do adesivo;
Os mecanismos de ruptura da ligação são do tipo frágil e resultam no
destacamento localizado do compósito (peeling off), a partir de sua zona de
ancoragem ou de zonas com fissuração excessiva, como pode ser observado na
Figura 9. Este tipo de ruptura pode ser dividido em três categorias, de acordo com a
região e a solicitação que a produz, isto é, descolamento no extremo do reforço
proveniente da força cortante, descolamento na região de momento fletor máximo e
descolamento iniciado por uma fissura de cortante numa região de momento fletor
de magnitude média.
Figura 8 - Efeito peeling off na interfaçe concreto/compósito
Fonte: BEEBER, 2003
5.3. REFORÇO À FLEXÃO
A aplicação de compósitos de fibra de carbono no reforço à flexão de vigas de
concreto armado constitui-se em uma técnica já consolidada. Porém, incrementos de
resistência são somente alcançados se os modos de ruptura prematuros, falhas de
aderência ou colapso por força cortante forem evitados.
A metodologia para o dimensionamento e verificação do comportamento de
vigas de concreto armado reforçadas com compósitos de fibra de carbono baseia se
nos princípios e hipóteses do Estado Limite Último.
33
A capacidade resistente à flexão correspondente aos modos de ruptura
clássicos pode ser avaliada supondo-se que além das hipóteses básicas da flexão,
seja adicionada a hipótese de aderência perfeita entre o concreto e o reforço.
Os procedimentos utilizados no dimensionamento consideram apenas a
ruptura à flexão por falha do compósito à tração ou esmagamento do concreto, sem
ruptura prematura por descolamento.
O modo de ruptura a ser considerado no dimensionamento deve ser o
esmagamento do concreto após o escoamento da armadura longitudinal e a ruptura
do compósito após o escoamento da armadura. Nos dois casos, o escoamento da
armadura longitudinal precede a ruptura do compósito ou esmagamento do
concreto, o que garante que o colapso ocorrerá após a formação de fissuras de
flexão.
O elemento reforçado apresenta uma fissuração de flexão mais distribuída, e
fissuras com menores aberturas, pois após o escoamento da armadura longitudinal
da peça, o crescimento da abertura da fissura fica controlado pelo reforço, ou seja, o
reforço “costura” as fissuras.
O dimensionamento do reforço deve garantir a resistência e a ductilidade do
elemento estrutural e perfeitas condições de transmissão dos esforços nos extremos
do compósito, os quais devem ser bem ancorados.
O efeito do carregamento inicial, antes da aplicação de um reforço à flexão,
deve ser considerado no cálculo do elemento reforçado. Na prática, a presença de
algum tipo de carregamento sobre a estrutura, ou apenas a ação de seu peso
próprio é o caso usual. Além disso, sem contar as situações em que todas as cargas
são removidas (peso-próprio, forças de pretensão, etc.), o substrato, no qual será
aplicado o reforço, apresentará alguma deformação. Esta deformação inicial deve
ser deduzida da deformação do compósito de reforço.
Deve-se ressaltar que, em função da consideração do carregamento
existente, o modo de ruptura de uma viga reforçada pode modificar-se, de ruptura do
reforço para esmagamento do concreto. Uma ruptura por esmagamento do concreto
sem o escoamento da armadura longitudinal deve ser evitada.
34
6. ESTUDO DE CASO
No total foram Moldadas três Vigas de CA com propriedades iguais e seção
transversal de 15x20cm e comprimento de 50 cm. Estas três vigas foram divididas
em três grupos, cada grupo será composto por uma viga e receberá características
distintas conforme tabela abaixo:
Quadro 5. – Características das vigas
VIGAS CARACTERISTICAS
VR1 Viga em CA, sem reforço.
VR2 Viga em CA reforçada com uma camada de
MFC CFW300 Viapol Carbon.
VR3
Viga em CA com fissuras originadas por
esforço a flexão, sendo reforçada com uma
camada de MFC CFW300 Viapol Carbon
O grupo de Vigas sem reforço VR1 é a viga de referência para as demais que foram
reforçadas. A partir do grupo de vigas VR1 foi estabelecida a relação de incremento
da resistência proporcionada pelo reforço com MFC. Essa viga foi dimensionada
com reduzida taxa de armadura longitudinal de modo que o seu estado limite último
fosse caracterizado pela deformação excessiva da armadura.
O grupo de vigas VR2 foi reforçado com uma camada de MFC, já o grupo de vigas
VR3 foi submetido a esforços de flexão ate apresentarem fissuras, depois de
identificado essas fissuras esse grupo também ganhou uma camada de MFC para
reforço, as fissuras no grupo VR3 simularão uma estrutura em fase inicial de
colapso, para observação do ganho de resistência que a MFC proporcionará nesta
condição.
6.1.MATERIAIS UTILIZADOS
6.1.1. concreto
35
Optou-se por concreto com fck de 25 MPa. Foi utilizado cimento Portland II –
Z-32-RS, para Obter-se a resistência desejada, foi utilizado o traço 1; 1,85; 2,85 com
o fator de água/cimento 0,57.
Figura 9- Betoneira utilizada na concretagem
Fonte: Pessoal
6.1.2.aço
O Aço foi dimensionado utilizando o programa Eberick V6 da altoqi, foi adotado
todas as orientações da ABNT NBR 6118-2003 neste dimensionamento foi
considerado o peso próprio da viga e uma carga distribuída de 2592 kgf/m. A
armadura longitudinal inferior é composta de 2 barras de 6.3 mm CA-50 , a armadura
longitudinal superior é composta de duas barras de 6.3 mm CA-50 e os estribos são
de 5.00 mm CA-60 de diâmetro espaçados a cada 10cm, Na armadura transversal o
reduzido espaçamento entre os estribos é proposital, para que não ocorra ruptura da
viga por cisalhamento.
Figura 10- viga modelo armada
Fonte Pessoal
36
Figura 11 – Detalhamento e relação do Aço Utilizado nas Vigas Modelo
Fonte: EberickV6
6.1.3. sistema de reforço com mfc
O sistema compósito de reforço com fibra de carbono utilizado, e de fabricação
da VIAPOL, é composto por quatro componentes:
Figura 12 Produtos do sistema de reforço estrutural viapol Carbon
Fonte Pessoal
37
Viapol Carbon Primer
O viapol carbon Primer serve para tampar a porosidade do concreto,
promover uma aderência adequada no substrato e prepará-lo par receber as
próximas etapas e possui as características descritas no Quadro 6.
Quadro 6 – Caracteristicas do viapol Carbon Primer
Fonte: Manual Técnico Viapol, 2013.
Viapol Carbon Stuc
O viapol carbon Stuc de ser utilizado somente em superfícies que
possuam buracos ou falhas de concretagem que necessitem de
preenchimento profundo
Quadr: 7 – Caracteristicas do viapol Carbon Stuc
Fonte: Manual Técnico Viapol, 2013.
Viapol Carbon Saturante
O Viapol Carbon Saturante e uma resina epóxi que possui alto poder
de aderência que faz a ligação entre a manta e o elemento a ser reforçado,
possui alta resistência mecânica e química.
38
Quadro8 – Caracteristicas do viapol Carbon Stuc
Fonte: Manual Técnico Viapol, 2013.
Viapol Carbon CFW300
As propriedades e características da MFC, fornecidas pelo fabricante, são
apresentados naFigura 13.
Figura13 –foto do viapol Carbon CFW 300
Fonte Pessoal
39
Quadro9 – Caracteristicas do viapol Carbon CFW 300
Fonte: Manual Técnico Viapol, 2013.
7. PREPARAÇÃO DO EXPERIEMENTO
7.1. APLICAÇÃO DO REFORÇO
A aplicação do sistema compósito de reforço com manta de carbono requer
as etapas descritas a seguir, de acordo com as recomendações do fabricante.
7.2. PREPARO DA SUPERFÍCIE
Primeiramente a superfície deverá estar sólida, sem partículas soltas, limpa, livre
de impregnações, tais como óleos, graxas, nata de cimento, ferrugens, películas de
cura química, pinturas existentes e endurecedores de superfície deverão ser
removidas mecanicamente, em se tratando de substratos cimentícios poderá haver
umidade de até 4%.
Superfícies lisas de concreto devem ser lixadas, de forma a se obter uma
superfície porosa e sem rebarbas ou imperfeições superiores a 0,5 mm.
A superfície deve receber uma imprimação com viapol carbon primer para
tampar as porosidade do concreto e promover a aderência necessária na viga
preparando-a para receber as próximas etapas.
Caso existam falhas de concretagem na viga que necessitem de
preenchimento profundo deve se utilizar o viapol carbono Stuc.
7.3. APLICAÇÃO DA MFC
40
Com a ajuda de um rolo deve ser aplicado de 0,3 a 0,4 kg /m² de viapol Carbon
Saturante e colando imediatamente a MFC sobre o material ainda no estado plástico
a MFC deve ser pressionada firmemente sobre o local de aplicação com a ajuda de
um rolo preferencialmente com ranhuras metálicas e após 40 minutos deve ser
aplicada uma nova camada de viapol carbon saturante de mesmo consumo que a
anterior
7.4. SEGURANÇA
Deve-se utilizar EPI's adequados como: luvas, botas impermeáveis e óculos de
segurança química. Deve-se também evitar contato com a pele e olhos. O contato
prolongado com a pele pode causar dermatites.
8. DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS
Primeiramente foi realizado um estudo para definir o traço e a qualidade dos
materiais a serem utilizados, para concretar as vigas modelos e seus respectivos
corpos de prova seguindo as normas ABNT NBR 5738:2003 e 5739:2007.
Quanto ao material, foi utilizado cimento tipo Portland II – Z-32-RS, areia fina,
seixo graúdo. Os agregados foram levados para a peneira mecânica visando à
caracterização da sua granulometria, e depois foram levados a estufa por 24h para a
retirada da umidade excessiva, conforme ilustra as Figuras 14 e 15 Após a
caracterização dos materiais utilizados foi adotado o traço 1; 1,85; 2,85 com o fator
de água cimento 0,57.
Figura14-Agregados na estufa Figura15- Agregados na peneira
Fonte PessoalFonte Pessoal
41
8.1. MOLDAGEM DAS VIGAS E CORPOS DE PROVA
Com o traço definido pode-se prosseguir para a montagem das vigas e seus
respectivos corpos de prova, primeiramente deve-se ter o preparo da forma, a
aplicação do desmoldante e a colocação de espaçadores plásticos de 1,5 cm
conforme as figuras 16 e 17.
Figura 16- Aplicação de espaçadoresFigura 17- Aplicação do desmoldante
Fonte: Pessoal Fonte: Pessoal
Assim foi feita a concretagem de acordo com as especificações determinadas nas
etapas anteriores, após a mistura dos componentes do traço foi adotado o ensaio de
determinação de consistência do abatimento pelo tronco de cone, conforme
recomendação da ABNT NM 67:1998, para poder verificar a consistência do
concreto, sendo este comprovado ser um concreto de boa consistência e atendendo
a ABNT NBR 6118:2003, o concreto foi derramado na forma da viga e adensado
manualmente com uma haste de ferro de 16.0 mm os corpos de prova cilíndricos
foram moldados em duas camadas aplicando em cada camada 12 golpes com haste
metálica de 16.0 mm com mostra as figuras 18 e 19.
42
Figura 18 –Slump testeFigura 19-Moldagem dos CP cilíndricos 10x20
Fonte: Pessoal Fonte: Pessoal
9. MONTAGEM DOS ENSAIOS
As vigas foram colocadas, sob uma prensa mecânica localizadas no laboratório
de materiais de construção da UNAMA, sendo posicionada sobre um aparelho de
apoio como mostra à Figura 20.
Para a aplicação do carregamento foi utilizado um macaco hidráulico com
capacidade de 100Tnf e ligado ao sistema de controle de carga e deslocamento. O
nivelamento das vigas sobre os apoios foi realizado com o auxilio de uma fina
camada de argamassa de alta resistência na face superior da viga.
43
Figura 20- Modelo de aparelho de apoio utilizado no experimento
Fonte: pessoal
10. EXECUÇÃO
Após o posicionamento das vigas sobre os apoios e ligada ao sistema de controle
de carga e deslocamento. Foi iniciada a aplicação das cargas.
As vigas foram ensaiadas em dois ciclos de carregamento uma até a sua ruína
com incrementos variando de 7104 Kgf ate 10667 Kgf e a outra ate o aparecimento
de fissuras ocasionadas especialmente por esforços de flexão.
44
11. ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados apresentados a seguir foram feitos a partir das medições
realizadas durante os ensaios, cujos resultados se encontram nas tabelas de
n°8201, 8202, 8203, 8227, 7814, 8116 localizado no anexo de relatórios.
11.1. VIGA DE REFERENCIA VR1
A viga de referência VR1 foi carregada a 7104 Kgf, como é mostrado no Anexo
n° 8201 de relatórios, até seu estado limite último apresentando a ruptura por
deformação plástica excessiva da armadura de flexão. Na Figura 21.
Figura 21- Viga VR1 sobre o apoio
Fonte Pessoal
São mostradas na Figura 22as fissurações na viga na face inferior, após a sua
ruptura. Observa-se na figura que a fissura seguiu um padrão linear, que significa
que fissurou completamente por flexão.
Figura 22- Viga VR1 rompida à flexão
Fonte:Pessoal
45
11.2. VIGAS REFORÇADAS COM MANTA DE CARBONO VR2 E VR3
As vigas em questão seriam as VR2, viga reforçada com uma camada de MFC
CFW300 Viapol Carbon e VR3, com fissuras originadas por esforços à flexão, sendo
reforçada com uma camada de MFC CFW300 Viapol Carbon.
Primeiramente a VR3 sofreu um carregamento crescente até chegar em 6751
Kgf, como mostrado no relatório do Anexo n° 8116, esta carga equivale a
aproximadamente 95% da sua carga de ruptura conforme comprovado pela viga
VR1, nesta condição houve o aparecimento de fissuras por meios de esforços à
flexão estas fissuras eram desejadas para dar continuidade no experimento já que
este grupo de vigas possui a intenção de simular uma viga em estado inicial de
colapso como mostra a Figura 23, após o surgimento de fissuras na VR3 temos os
dois grupos de vigas preparados para ensaiar o reforço. Iniciaram-se assim as
outras etapas do experimento que será a aplicação do sistema de reforço com MFC
nas vigas VR2 e VR3.
Figura 23- Viga VR3 em estado inicial de colapso
Fonte Pessoal
O reforço das vigas foi executado segundo as recomendações do fabricante
(VIAPOL). A viga VR2 e VR3 tiveram suas superfícies regularizadas para receber o
reforço. O preparo da superfície neste caso constituiu em limpeza e regularização da
base de aplicação da manta. A manta foi previamente cortada com uma tesoura
comum nas medidas equivalentes a áreas de aplicação da viga. Com exceção da
manta todos os produtos do sistema são bi componentes, onde o componente A é a
resina e o componente B é o catalisador. Estes componentes foram separados,
46
pesados e homogeneizados manualmente, conforme as orientações do fabricante,
mostradas nas figuras 23.
Figura 24- Preparo da superfície e processo de mistura das resinas
Fonte Pessoal
Sobre a superfície das vigas preparadas foi aplicada uma camada de Carbon
Primer. Após a aplicação do produto, aplicou-se uma camada de Carbon saturante
sobre a camada de primer, aplicada a camada de Carbon saturante imediatamente
se coloca a MFC CFW300, é necessário passar um rolo sobre a MFC para o
saturante refluir através dos fios da MFC. Para finalizar o processo após 40 minutos
aplica-se uma nova camada de Carbon saturante. Todas as etapas foram realizadas
conforme a orientação do fabricante, como demostra asFigura 25.
47
Figura 25- Aplicação dos produtos e MFC da Viapol sobre a viga
Fonte Pessoal
11.3. VIGA REFORÇADA VR2
Viga reforçada com uma camada de manta de carbono VR2 recebeu um
carregamento de 10667 Kgf como é mostrado no relatório do Anexo n°8203
localizado no relatório, até seu estado limite último apresentando a ruptura por
deformação plástica excessiva da armadura de flexão. Na Figura 26.
48
Figura26- Viga VR2
Fonte Pessoal
11.4. VIGA REFORÇADA VR3
Viga com fissuras originadas por esforço à flexão sendo reforçada com uma
camada de manta de carbono VR3 foi carregada a 10230 Kgf como é mostrado no
relatório do Anexo n°8202, até seu estado limite último apresentando a ruptura por
deformação plástica excessiva da armadura de flexão. Na Figura 27.
Figura 27- Viga V3
Fonte Pessoal
49
Com base na Figura 27 e os dados obtidos foram possíveis comparar por meio
das curvas os comportamentos das vigas VR1, VR2 e VR3. Apos a fissuração do
concreto, é nítido o aumento da rigidez nas vigas reforçadas em relação à viga sem
reforço. Observa-se maior rigidez e capacidade de carga foram verificadas para a
viga VR2 em relação principalmente à viga de concreto armado VR3 reforçada com
a mesma área de reforço.
Pode se observar que na viga VR1 houve quase nenhum acréscimo de força
após o escoamento da armadura longitudinal. Já nas vigas reforçadas se vê
claramente que ocorre acréscimo de força após o escoamento da armadura
longitudinal. Nesse sentido, Percebe-se que na viga VR2 indica que o reforço foi
mais solicitado nessa viga que na viga VR3 que já havia recebido uma carga antes
de seu escoamento por completo.
Figura 28- Gráfico dos resultados alcançados através das rupturas das vigas
Fonte: pessoal
50
12. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A pesquisa realizada teve como objetivo geral avaliar uma técnica construtiva
para reforço à flexão de vigas de concreto armado. Essa técnica compreende um
processo de previa recuperação das vigas com um compósito de alto desempenho.
Após a realização de diversas etapas de analise teórica e experimental,
concluímos que a técnica de reforço estrutural com a utilização da manta de fibra de
carbono proposto pela viapol, mostrou-se eficiente tanto na reconstituição de vigas
de concreto armado tracionadas, como na melhoria do desempenho da viga como
um todo, com os seguintes resultados da figura 28, que traduzido seria que, a viga
VR2 após reforçado com uma camada de MFC obteve ganho de resistência de
aproximadamente 50% em relação a carga de ruptura da VR1, viga de referencia,
que comparado a viga VR3 que após ser submetida a uma carga de ruptura de 95%
da VR1 apresentou fissuras e foi reforçada com uma camada de MFC e obteve
apenas 44% de ganho de resistência em relação a viga VR1.
Embora tenha sido indicado pela empresa viapol o software SKY SAP da SK
Total Strengthening Materials, Encontramos dificuldades em operar o programa por
falta de suporte técnico e tempo hábil para pesquisas mais aprofundadas da
manipulação do programa, desta forma sugerimos que em trabalhos futuros com a
utilização da fibra de carbono, seja utilizado o programa para comparar os resultados
práticos dos teóricos.
Entre os problemas encontrados para maior exploração da soma de dados do
experimento e consequentemente maior credibilidade dos resultados encontramos o
equipamento inutilizado para o ensaio de resistência de esforços à flexão de corpos
de prova prismáticos, outro fator importante foi o tempo exíguo para a manutenção
do mesmo impossibilitando a realização de outros ensaios com a aplicação de mais
camadas de MFC.
O desenvolvimento da pesquisa não se limitou ao teste de comparação de vigas
reforçadas e não reforçadas, mais procurou abranger diversos fundamentos e
avaliação cientifica que focalizou o problema como também as diversificadas formas
e maneiras de serem utilizadas. Da analise conjunta de todos os resultados obtidos.
E que se pode concluir que o objetivo pretendido foi alcançado.
51
REFERÊNCIAS BILBIOGRAFICAS
WOLF LEBRÃO, Guilherme. Artigo Fibras de Carbono, Disponível
em:<www.maua.br/arquivos/artigo/> Acesso em: 10 out. 2012.
ACI Commiittee 440, 201, Guide for Design and construction of externally
bonded FRP systems for strengthening concrete structure.
MACHADO, ARI DE PAULA – “Reforço estrutural de concreto armado com
fibras de carbono” – 2002 – São Paulo – PINI.
MACHADO, ARI DE PAULA – “Reforço a sísmicos de estrutural de concreto
armado com sistemas CFC” – 2006 – São Paulo – Santiago de Chile.
NBR 6118 – “Projeto de estrutura de concreto” - 2003.
MASTER BUILD – “Estudo com reforço de concreto armado” -
www.masterbuilders.com.br (2003).
BEBER – “Ruptura de vigas de concreto armado” – 2003.
FALCÃO BAUER, L. A.- Materiais de Construções. Ed. Livros Técnicos e
Científicos Ltda., Ed V. 1 e 2 – 2003.
MATHYS – “Estudo relacionado ao reforço de estruturas de concreto armado
com fibra de carbono” – 2000.
METHS, P. K. e MONTEIRO, P. J. - Concreto: Estrutura, Propriedades e
materiais – São Paulo – PINI – 1994.
ARAÚJO – “Reforço com manta de fibra de carbono.
Viapol Carbon, Departamento Técnico – Disponivel em:
<http://www.viapol.com.br/produtos_desc.php?menu=recuperacao%20e%20reforco%20estr
utural&codigo_item=40/> Acesso em: 23 Abril. 2013.
MANUAL TÉCNICO. –Recuperação Reforço Estrutural – VER.04 –
06/02/2011.
ABNT NM 67-1998 - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco
de cone
52
NBR 5738- Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-
prova
NBR NM 33 -Amostragem de concreto fresco
ABNT NBR 12142:2010 Concreto – Determinação da resistência á tração na
flexão de corpos de prova prismáticos
