Reforço Com Fibra Carbono Ana_Carolina

ESTUDO EXPERIMENTAL DO REFORO FLEXO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM BALANO UTILIZANDO COMPSITOS

COM TECIDOS DE FIBRAS DE CARBONO

Ana Carolina Neves de Arajo 1, Emil Snchez 2, Marta de Souza Lima Velasco 3

Resumo: Esse trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento e o desempenho de vigas de concreto armado reforadas flexo utilizando-se compsitos de fibra de carbono. O programa experimental constitudo pelo ensaio de sete vigas biapoiadas com um vo em balano, todas com a mesma seo transversal, armaduras de ao e vos idnticos, sendo o momento positivo mximo igual ao do momento negativo mximo. O concreto utilizado foi projetado para fornecer uma resistncia compresso de 20 MPa e o ao empregado foi o CA-50. Foi ensaiada uma viga de referncia sem reforo. As outras seis vigas foram pr-carregadas e reforadas sob carregamento constante, sendo que trs delas foram igualmente reforadas nas duas regies de momentos mximos, e as outras trs tiveram sua armadura de reforo, em relao s trs primeiras, duplicada na regio de momento mximo negativo, sendo mantida a rea do reforo na regio de momento positivo.

O comportamento estrutural dessas vigas foi avaliado em termos de flechas, deformao da armadura, fissurao, modo e carga de ruptura. Por meio da anlise realizada verificou-se o aumento de resistncia e rigidez das vigas reforadas, constatando-se que o reforo em vigas de concreto armado com compsitos de fibra de carbono uma tcnica eficiente e de fcil execuo.

Experimental Study of R/C Beams Strengthened in Flexure with Externally-

Bonded Carbon Fiber Polymers

Abstract: This article presents an experimental study on the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with externally-bonded carbon fiber polymers. The experimental program consists of the manufacture and tests of seven simple supported R/C beams with one cantilever. The beams have the same cross-section, length, and internal steel reinforcement. The beams were designed in a way that the mid-span bending moment is the same as the cantilever bending moment. The concrete mix was designed for achieving a compressive strength of 20 MPa, and the applied steel reinforcement had a specified yield stress of 500 MPa. A reference beam was tested without the bonded reinforcement. The six strengthened beams were preloaded and the carbon fiber polymer applied under constant deformation. Three beams were equally strengthened in the regions that correspond to the maximum bending moments. In relation to these three first beams, the other three had the strengthening cross-section area duplicated in the region of the maximum negative moment, keeping the same strengthened cross-section area in the region of the positive moment. The structural behavior of these beams was evaluated in terms of deflection, straining of the steel reinforcement, cracking, failure type and failure load. The analysis showed an increase in the strength and the stiffness of the beams, and also that the strengthened technique is efficient and easy to accomplish.

INTRODUO

A grande quantidade de obras civis, tais como pontes, viadutos e edificaes, com problemas estruturais e que necessitam de reforo, levam pesquisa por novas tcnicas e materiais para a execuo desses servios (Arajo 2002). Alm da deteriorao devida ao tempo, as falhas de projeto e de execuo, o aumento do carregamento inicialmente projetado, a mudana na utilizao da estrutura e o emprego de materiais de baixa qualidade, so problemas que necessitam de solues eficientes (Beber et al. 2000, El-Mihilmy et al. 2001, Grace et al. 2001 , Pinto et al. 2001). 1 Enga Civil, M. Sc., Pontificia Universidade Catolica de Rio de Janeiro, Brasil. 2 D. Sc., Professor da Universidade Federal de Juiz de Fora, Minas Gerais, Brasil, e-mail: [email protected] 3 D. Sc., Professora da Pontificia Universidade Catolica de Rio de Janeiro, Brasil

Rev. Int. de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 4(1) 11

Os materiais compsitos, tais como os de fibra de carbono, alm de possurem algumas propriedades mecnicas superiores s do ao, apresentam outras vantagens sobre esses. A rapidez e facilidade de execuo, a leveza e trabalhabilidade do material, e a resistncia corroso, so fatores que levaram adoo progressiva desses materiais compsitos. Na literatura tem-se uma vasta gama de pesquisas que abordam esse tipo de reforo (Shehata et al. 2000, Silva et al. 2000 , Spadea et al. 1998, Ziraba et al. 1994).

Os trabalhos encontrados na literatura, em geral, abordam os aspectos e parmetros relativos resistncia da viga reforada, porm, a ductilidade do elemento estrutural primordial no comportamento do mesmo. Neste trabalho, desenvolvida uma abordagem energtica para a obteno da ductilidade, por meio da definio de um ndice que possa avaliar a capacidade de deformao da viga reforada. PROGRAMA EXPERIMENTAL

O objetivo principal deste estudo experimental avaliar o comportamento e o desempenho de vigas de concreto armado reforadas flexo com compsitos de fibra de carbono (CFC), por meio da determinao da flecha, das deformaes das armaduras internas de ao, das aberturas das fissuras e da obteno da carga de ruptura para as vigas reforadas (Arajo 2002).

Foram testadas sete vigas de concreto armado com resistncia compresso em torno de 20 MPa, e com geometria e armaduras longitudinais e transversais idnticas. Essas vigas so biapoiadas e com um vo em balano, carregadas de forma a se obter momentos mximos positivos e negativos de mesmo valor.

A viga de referncia, VR, foi utilizada para possibilitar as comparaes de incremento de resistncia e rigidez aps o reforo. A viga VR foi levada ruptura, que se deu por flexo na regio de momento mximo negativo.

A segunda, terceira e quarta vigas - V1, V2 e V3 -, foram igualmente reforadas flexo por meio da colagem de uma camada de tecido de fibra de carbono, com a mesma largura na face inferior, entre os apoios, e na face superior, na regio do balano. Nessas trs vigas a ruptura foi de flexo na regio de momento mximo negativo com o rompimento do tecido de fibra de carbono. Concluiu-se ento que seria interessante analisar o comportamento da viga para um acrscimo da armadura de reforo no balano.

As vigas V4, V5 e V6 foram reforadas flexo com uma camada de tecido com as mesmas dimenses que a utilizada nas vigas V1, V2 e V3 para a regio de momento positivo, e com o dobro da largura do tecido para a regio de balano, desse modo, duplicando-se a armadura de reforo, esperava-se que a ruptura ocorresse na regio de momento mximo positivo.

O ensaio da viga VR foi realizado em uma nica etapa, j que no seria realizado nenhum tipo de reforo. Para as demais vigas o ensaio foi realizado em duas etapas, para simular uma situao mais prxima das condies reais de uma estrutura real. As vigas foram pr-ensaiadas, reforadas sob carregamento teoricamente constante, e posteriormente levadas ruptura. Desenvolveu-se ento um sistema de manuteno de carga, com o objetivo de conservar o carregamento aplicado durante o tempo necessrio para aplicao e cura do reforo (Arajo 2002). PROPRIEDADE DOS MATERIAIS Concreto

O concreto utilizado nas vigas, projetado para alcanar uma resistncia compresso de 20 MPa aos 28 dias, foi misturado de forma a se obter 2,5 m3 de material, de acordo com (NBR-5738 1993) e (NBR-5739 1994), num caminho betoneira com capacidade de 8 m3, e apresentou 100 mm de slump.

Foram moldados ao todo 25 corpos-de-prova cilndricos com dimenses de 150 mm X 300 mm (NBR-5738 1993). Aps 24 horas os corpos-de-prova foram desformados e mantidos sob as condies ambientes do laboratrio. Os ensaios foram realizados aos sete dias e aos 28 dias aps a concretagem, e nos dias dos ensaios das vigas VR, V2, V4 e V6. Todos os corpos-de-prova foram ensaiados compresso (NBR-5739 1994). Os valores mdios de resistncia do concreto compresso so mostrados na Tabela 1. Ao

Para as armaduras longitudinal e transversal foram utilizadas barras de ao CA-50 e CA-60. Os dimetros das barras da armadura longitudinal foram de 5,0 mm, para armadura de montagem na regio comprimida, e de 12,5 mm para a armadura longitudinal de trao.

A armadura transversal consistiu de estribos de 6,3 mm de dimetro, com espaamento de 10 mm ao longo de todo o comprimento da viga.

Nove amostras de ao foram ensaiadas trao (NBR-6118 2000), sendo trs amostras para cada dimetro. Os valores obtidos nos ensaios de trao foram superiores aos mnimos exigidos pela norma. A Tabela 2 mostra o resumo dos dados e os valores adotados nos clculos.


Tabela 1: Resultados dos ensaios de resistncia do concreto compresso.

Ensaio da viga Idade do concreto (dias)

Quantidade de corpos-de-prova c medio

f (MPa)

------ 7 3 22,7

------ 28 5 25,4

VR 35 5 26,1

V2 94 4 29,0

V4 120 4 29,1

V6 134 4 29,2

Tabela 2 Resumo dos dados obtidos nos ensaios trao das barras de ao.

Corpo Tipo de Dimetrode prova ao nominal (mm) Esc. Rupt.

CP1 - 5,0 CA-60 5,00 835 910CP2 - 5,0 CA-60 5,00 854 913CP3 - 5,0 CA-60 5,00 856 916

Valor adotado CA-60 5,00 848 913

CP1 - 6,3 CA-50 6,30 580 835CP2 - 6,3 CA-50 6,30 588 872CP3 - 6,3 CA-50 6,30 536 817


CP1 -12,5 CA-50 12,50 640 680CP2 -12,5 CA-50 12,50 643 696CP3 -12,5 CA-50 12,50 643 693


Tenso (kN)

Tecido de Fibras de Ca

Para o reforo flexpela Rheotec Adtivos de

Largura =50 m Espessura = 0,1 rea da seo t Mdulo de elas Deformao es Resistncia tr

Para o reforo das sparte inferior entre os aV3, e com dimenses de PRODUTOS NECESS

Para a colagem das quatro produtos descritorbono

o das vigas V1, V2, V3, V4, V5 e V6 foram utilizadas tecidos de fibra de carbono fornecidos Concreto Ltda, do tipo N-300, com as seguintes caractersticas fornecidas pelo fabricante: m; 65 mm; ransversal = 82,50 mm2; ticidade = 235 GPa; pecfica na ruptura = 1,55 %; ao > 3550 MPa; eis vigas foram usadas tiras de tecido de fibra de carbono com dimenses de 5 cm x 195 cm na poios, e com dimenses de 5 cm x 195 cm na parte superior do balano para as vigas V1, V2 e 10 cm x 195 cm na parte superior do balano para as vigas V4, V5 e V6.

RIOS PARA A APLICAO DO CFC

tiras de tecido de fibras de carbono no reforo flexo das vigas, foi necessria a aplicao dos s nos itens seguintes.


Argamassa para Reparo

Aps a cura do concreto foi constatada a necessidade de aplicar uma argamassa de reparo na superfcie superior da viga, na regio que receberia o tecido, devido s irregularidades observadas. Foi usado ento a Renderoc S30, da Fosroc, que uma argamassa no retrtil, base de cimento e polmero, usada para a execuo de reparos superficiais de concreto onde so necessrias baixa permeabilidade e boa aderncia ao substrato. Essa argamassa fornece aos 28 dias uma resistncia compresso de 28 MPa segundo prescries do fabricante, o que torna vivel sua aplicao neste estudo.

Em seguida, foi aplicada a Tec-Poxi PR da Rheotec, responsvel pela aderncia da argamassa epoxdica ao substrato. Esta resina de uso obrigatrio no sistema utilizado, e fornece uma resistncia trao em torno de 20 MPa aps 24 horas. Argamassa Epoxdica

Essa camada tambm conhecida como adesiva responsvel pela regularizao final da superfcie. No de uso obrigatrio para este sistema de reforo, sendo usada neste caso para obteno de uma regularizao fina da superfcie final. Foi empregada nesse trabalho a argamassa epoxdica Tec-Putty, da Rheotec, que possui uma resistncia compresso em torno de 60 MPa, e trao em torno de 24 MPa aps 24 horas. Resina Epoxdica

Esta resina a componente bsica do sistema de reforo. Foi aplicada neste trabalho a Tec-Poxi da Rheotec, responsvel pela aderncia da argamassa epoxdica ao tecido de fibra de carbono. Possui uma resistncia compresso em torno de 60 MPa, e trao em torno de 55 MPa aps 24 horas de aplicao. GEOMETRIA DAS VIGAS

As vigas so biapoiadas com um balano, e possuem seo transversal retangular de 15 cm x 30 cm, e comprimento total de 400 cm.

Foram aplicadas duas cargas concentradas, uma na metade do vo entre os apoios e outra na extremidade do balano. O esquema esttico, o diagrama de momentos fletores e as armaduras internas das vigas so mostrados nas Figuras 1, 2 e 3, respectivamente.

Figura 1 Esquema esttico das vigas ensaiadas (cotas em ). cm

Figura 2: Diagrama de momentos fletores das vigas ensaiadas (momentos em kN*cm e cotas em cm).


Como as vigas foram dimensionadas inicialmente para se obter momentos mximos, negativo e positivo, iguais (NBR-6152 1980), quando do dimensionamento do reforo a flexo das vigas V1, V2 e V3, estas tambm receberam a mesma armadura de reforo, uma tira de CFC de 5 cm de largura, nessas duas regies.

Aps o trmino dos ensaios dessas trs primeiras vigas reforadas, decidiu-se que as demais vigas receberiam o dobro de armadura de reforo na regio de momento negativo, uma vez que todas as vigas reforadas ensaiadas romperam nessa regio. A tira de CFC passou de 5 cm de largura para 10 cm de largura na regio de balano, e permaneceu com 5 cm de largura no vo biapoiado. Os detalhamentos das armaduras de reforo aplicados nas vigas V1, V2 e V3 e nas vigas V4, V5 e V6 so mostrados na Figura 4.

Figura 3: Detalhamento das armaduras das vigas (cotas em cm).

INSTRUMENTAO DAS VIGAS

Com o objetivo de verificar a eficincia do reforo e o comportamento das vigas, essas foram instrumentadas interna e externamente para medir as flechas e as deformaes das armaduras de ao, como mostra a Figura 5.

Os extensmetros eltricos de resistncia foram usados para a determinao das deformaes especficas nas armaduras. As flechas foram medidas por meio de deflectmetros eltricos. A leitura das cargas aplicadas foi realizada por meio de uma clula de carga com capacidade para 500 MPa. A leitura de aberturas de fissuras em alguns estgios de carregamento foi obtida com a utilizao de uma lupa associada a uma escala graduada. EXECUO DOS ENSAIOS DAS VIGAS

As vigas foram ensaiadas no Laboratrio de Estruturas da Pontificia Universidade Catolica (PUC)-Rio, onde foi montado um sistema de prtico para a sustentao de um macaco hidrulico com capacidade de 1000 kN.

Para a aplicao do reforo foi necessrio interromper o ensaio e dar seqncia a este somente seis dias depois. Sendo assim, no foi possvel manter o equipamento de aplicao de carga ligado durante esse tempo. Foi necessrio ento desenvolver um sistema de manuteno de carga, representando assim situaes reais de reforos. Esse sistema foi executado por meio de parafusos fixados nas regies prximas s duas regies de aplicao das cargas, e apertados at


se alcanar a deformao existente na viga quando essa estivesse submetida a um carregamento que lhe fornecesse fissuras pouco menores que 0,2 mm. A Foto 1 mostra esse sistema de aplicao de carga.

A'

A

B'

B

C'

C

Detalhe das sees das vigas V1, V2 e V3. Detalhe das sees das vigas V4, V5 e V6.

Corte AA' Corte BB' Corte CC' Corte AA' Corte BB' Corte CC'

Figura 4: Disposies do tecido de CFC para as vigas reforadas.

ENSAIO DAS VIGAS Viga de Referncia VR

As primeiras fissuras na VR surgiram com a aplicao de carga de 50 kN, porm, a fissurao tornou-se mais acentuada a partir da carga de 70 kN. A determinao da abertura das fissuras foi iniciada com a carga de 110 kN, quando foi observada uma fissura com abertura de 0,2 mm na regio de momento mximo negativo. A fissurao aumentou at a aplicao da carga de 160 kN, quando se observou uma fissura com abertura de 0,8 mm na regio em balano.

O incremento de carga inicial foi de 5 kN at se atingir 30 kN. Aps esta carga o incremento passou a ser de 10 kN, at se atingir 170 kN. O rompimento da viga se deu por flexo na regio de momento negativo, para uma carga de 176 kN, que superou um pouco o resultado terico previsto de 162 kN. A Foto 2 ilustra o local onde ocorreu a ruptura da viga.

Um fator importante a ser ressaltado, que teoricamente o momento positivo foi dimensionado para ser praticamente igual ao negativo, no entanto, alm do rompimento ter ocorrido no balano, esta regio tambm apresentou uma fissurao mais intensa que a compreendida entre os dois apoios.


Vigas VR, V1 e V4 vigas instrumentadas com sete extensmetros e dois deflectmetros

Vigas V2, V3, V5 e V6 vigas instrumentadas com dez extensmetros e dois deflectmetros

Figura 5: Detalhamento das sees instrumentadas (cotas em cm).

Legenda:

deflectmetro e sua respectiva posio em relao viga

extensmetro e sua respectiva posio na viga

1

1

5 6 72 3 41

1 2

1 2

1 2

95 63 4

7 8 101 2 Foto 1: Prtico utilizado para a realizao dos ensaios.


Foto 2: Ruptura no balano obtida para a viga de referncia VR.

Vigas Reforadas

A carga foi aplicada inicialmente em incrementos de 5 kN at se atingir 30 kN. Em seguida a aplicao foi em incrementos de 10 kN, at que fosse notado uma quantidade significativa de fissuras com aberturas considerveis, pouco menores que 0,2 mm. Essa carga correspondia a cerca de 90 kN. O ensaio foi interrompido, o sistema de manuteno de carga aplicado, a mquina desligada e o reforo inicializado. Aps o tempo mnimo necessrio para a aplicao de carga, quatro dias aps o trmino da aplicao do reforo segundo o fabricante, deu-se continuidade ao ensaio.

A ruptura nas vigas que receberam a mesma quantidade de reforo nas regies de momentos mximos positivos e negativos, vigas V1, V2 e V3, ocorreu por flexo na regio de momento mximo negativo, assim como para a viga de referncia VR. Nas vigas V1 e V3 a ruptura se deu por intermdio da ruptura do tecido de fibra de carbono nessa regio (Foto 3). Na viga V2, alm da ruptura do tecido de fibra de carbono, houve tambm o descolamento da camada de regularizao do concreto (Foto 4). Outro fato importante observado foi a fissurao, que foi muito mais intensa nas regies de momento mximo negativo do que nas de mximo positivo.

J as ltimas trs vigas, V4, V5 e V6, as quais tiveram suas armaduras de reforo, em relao s trs primeiras vigas reforadas, duplicadas na regio de momento mximo negativo e mantidas na regio de momento mximo positivo, e apresentaram significativas mudanas de comportamento. Primeiro em relao fissurao, que se apresentou bastante homognea nas duas regies. Segundo em relao ruptura. A viga V4, mesmo com o dobro da armadura na regio em balano, e apresentando uma fissurao com maiores aberturas na regio de momento mximo positivo, rompeu na regio de momento mximo negativo por intermdio da ruptura do tecido de fibra de carbono nessa regio, porm, com uma carga superior s das trs primeiras vigas ensaiadas. J as vigas V5 e V6, romperam na regio de momento mximo positivo tambm por intermdio da ruptura do tecido de fibra de carbono nessa regio (Foto 5).

Foto 3: Ruptura no balano das vigas V1, V3 e V4.


Foto 4: Ruptura no balano da viga V2.

Foto 5: Ruptura na regio de momento mximo das vigas V5 e V6.

Os valores para as cargas mximas e os valores tericos calculados so mostrados na Tabela 4. A Tabela 5 mostra a relao entre os valores da resistncia de cada viga e o da viga de referncia. Logo aps cada anlise so tecidos comentrios sobre as mesmas.

ANLISE DOS RESULTADOS

O valor terico obtido para a carga ltima da viga VR foi praticamente igual ao resultado experimental obtido. A regio em balano se mostrou mais sensvel aos esforos aplicados, uma vez que foi dimensionada para ter a

mesma resistncia que a regio de momento mximo positivo, e recebendo a mesma rea de reforo nas trs primeiras vigas, e o dobro de armadura nas outras trs, verificou-se que quatro das seis vigas reforadas tiveram ruptura nesta regio, alm da viga de referncia, ou seja, 66,67% das vigas reforadas, e 71,42% do total das vigas romperam na regio de momento mximo negativo.

As vigas mostraram um comportamento bastante uniforme, sendo os resultados encontrados compatveis entre si, donde tornam-se vlidos para uma anlise comparativa.


Tabela 3: Resultado das vigas ensaiadas.

Viga fy fc ff Tipo de Pexp Pterico Pexp Variao (MPa) (MPa) (MPa) ruptura (kN) (kN) Pterico (%)

positivo negativo

VR 0,00 0,00 642 26 - Flexo no balano 175,77 162,60 1,081 8,10

V1 8,25 8,25 642 26 1788 Flexo no balano 206,15 179,43 1,149 14,89V2 8,25 8,25 642 29 2051 Flexo no balano 219,55 183,50 1,196 19,65V3 8,25 8,25 642 29 2051 Flexo no balano 200,52 183,50 1,093 9,28

V4 8,25 16,50 642 29 2062 Flexo no balano 227,97 183,68 1,241 24,11V5 8,25 16,50 642 29 2062 Flexo no vo 207,50 183,68 1,130 12,97V6 8,25 16,50 642 29 2071 Flexo no vo 215,46 183,84 1,172 17,20

Momento

Armadurade reforo Af (mm

2)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

VR V1 V2 V3 V4 V5 V6

Pexp

/Pte

ric

o

Figura 6: Grfico comparativo entre as cargas de ruptura experimentais e tericas.

Para as vigas com reforo na regio de balano igual ao reforo na regio biapoiada, ( .) ( )A Af bal f vao= , o

acrscimo da resistncia terico mdio foi de 12,1 %, e para o experimental foi de 18,8 %, ou seja, 6,7 % superior. Observa-se que todos os valores experimentais foram superiores aos valores tericos (Tabela 4).

Para as vigas com reforo na regio de balano igual ao dobro do reforo na regio biapoiada, ( .) ( )2f bal f vaoA A= , o acrscimo da resistncia terico mdio foi de 13,0 %, e para o experimental foi de 23,5 %, ou seja, 10,5 % superior. Observa-se que todos os valores experimentais foram superiores aos valores tericos (Tabela 4).

A diferena entre a variao mdia terica das vigas do primeiro grupo (V1, V2 e V3), em relao s vigas do segundo grupo (V4, V5 e V6), foi de 0,9 %. J a variao experimental mdia entre esses grupos foi de 4,7 %.


120

140

160

180

200

220

240

260

280

120 140 160 180 200 220 240 260 280

Pterico (kN)

P exp

erim

enta

l (k

N)

Viga de Referncia VR

Viga V1

Viga V2

Viga V3

Viga V4

Viga V5

Viga V6

Linha de Tentncia

+25%

-25%

Figura 7: Grfico comparativo entre as cargas de ruptura tericas e experimentais das vigas reforadas e da viga de referncia.

Tabela 4 : Acrscimo da resistncia nas vigas reforadas.

Razo Valor Variao Variao mdia Valor Variao Variao mdiaTerico (%) (%) Experimental (%) (%)

V1 VR V2 VR V3 VR

V4 VR V5 VR V6 VR

18,8

23,5

1,131 13,1 1,226 22,6

1,130 13,0 1,181 18,113,0

1,130 13,0 1,297 29,7

24,9

1,129 12,9 1,141 14,1

12,11,129 12,9 1,249

1,104 10,4 1,173 17,3

Ductilidade

As vigas ensaiadas foram analisadas quanto ductilidade de acordo com o mtodo de (NAAMAN 1995), que utiliza critrios energticos. Segundo esses autores, pode-se aplicar esse estudo para as flechas, curvaturas e rotaes. Neste trabalho a ductilidade foi analisada quanto flecha e quanto deformao, por meio dos grficos de carga x flecha e de carga x deformao, respectivamente, obtidos experimentalmente. Avaliou-se a ductilidade da viga tambm pela deformao do ao. A expresso para a ductilidade energtica escreve-se:


1 12

Total

Elstica

EE

= +

onde o ndice de ductilidade, a energia total e a energia elstica. ETotal EElsticaA ductilidade de deformao das vigas foi analisada somente nas regies de momento mximo. No foi possvel

calcular a ductilidade de deformao para a viga V2, uma vez que as leituras dos extensmetros dessa viga foram perdidas na segunda etapa do ensaio, o que no possibilitou a obteno dos grficos P .

Primeiramente a ductilidade energtica foi analisada por meio de flechas, em seguida efetua-se uma comparao entre as mdias das ductilidades energticas de deformao e de flecha. Ductilidade Energtica de Flecha

Na Tabela 5 so mostradas as ductilidades energticas obtidas para cada viga, onde o ndice de ductilidade energtica; D , o ndice de ductilidade energtica de deformao; D , o ndice mdio de ductilidade energtica de deformao; F , o ndice de ductilidade energtica de flecha; F , o ndice mdio de ductilidade energtica de flecha;

1F , o ndice de ductilidade energtica obtido por meio do diagrama P do deflectmetro localizado na posio 1 e 2F o ndice de ductilidade energtica obtido por meio do diagrama P do deflectmetro localizado na posio 2.

Para a viga VR, as ductilidades energticas obtidas por meio de valores lidos no deflectmetro 1 so menores que as

ductilidades energticas obtidas por meio de valores lidos no deflectmetro 2, isto , 1 2F F < , indicando que a regio do balano acumula mais energia que a regio biapoiada.

Para as vigas com reforo na regio de balano igual ao reforo na regio biapoiada, ( .) ( )A Af bal f vao= , as ductilidades energticas obtidas por meio de valores lidos no deflectmetro 1 so menores que as ductilidades energticas obtidas por meio de valores lidos no deflectmetro 2, 1 2F F < . Verifica-se assim uma maior acumulao de energia na regio do balano.

Para as vigas com reforo na regio de balano igual ao dobro do reforo na regio biapoiada, 2( .) (A A )f bal f vao= , que romperam na regio de momento positivo (vigas V5 e V6), as ductilidades energticas

obtidas por meio de valores lidos no deflectmetro 1 so maiores que as ductilidades energticas obtidas por meio de valores lidos no deflectmetro 2, 1 2F F > , o que era previsto, pois a seo em balano foi enrijecida. Para a viga V4, cujo reforo foi duplicado na regio em balano, mas mesmo assim rompeu na regio de momento mximo negativo, obteve-se 1 2F F < , como nas quatro primeiras vigas ensaiadas.

Verifica-se dessa anlise que a ductilidade energtica para a flecha um critrio plausvel para avaliar o comportamento do reforo flexo com CFC de vigas de concreto armado.

O acrscimo de reforo no balano reduz a ductilidade energtica nessa regio, tal como observado nos resultados obtidos para as vigas V5 e V6.

Ductilidade Analisada Por Meio dos Valores Mdios Na Tabela 6 so comparadas as mdias das ductilidades energticas de deformao e de flecha.

Para a viga de referncia VR a mdia das ductilidades energticas obtidas por meio das deformaes so maiores que

as ductilidades energticas obtidas por meio das flechas, isto , D F > . Para as vigas com reforo na regio de balano igual ao reforo na regio biapoiada, ( .) ( )A Af bal f vao= , as

ductilidades energticas obtidas por meio das deformaes so maiores que as ductilidades energticas obtidas por meio das flechas, isto , D F > , assim como para a viga VR. Para a viga V2 no foi possvel obter a mdia das ductilidades devido deformao, pois no foram lidos os valores dos extensmetros na segunda etapa dos ensaios.


Tabela 5: Ductilidades energticas para as vigas ensaiadas.

Deformao 2 1,54Deformao 4 1,15Deformao 5 1,11Deformao 7 2,20

Flecha 1 1,20Flecha 2 1,30

Deformao 4 2,03Deformao 5 2,10Deformao 7 2,13







Deformao 5 1,53Deformao 6 1,54


Deformao 6 1,20Deformao 10 1,29


16,67VR

Vigas Local Variao (%)

1,50

1,25

Extensmetro no ao

V1Extensmetro no ao 2,09

Deflectmetro

9,09

Deflectmetro 1,90

V2Extensmetro no ao *

*Deflectmetro 1,80

* *


13,74

Deflectmetro 1,82


2,78

Deflectmetro 1,75


18,08Deflectmetro 1,88


3,85Deflectmetro 1,30

() os canais dos extensmetros foram perdidos durante o ensaio.

Para as vigas com reforo na regio de balano igual ao dobro do reforo na regio biapoiada, 2( .) (A A )f bal f vao= , que romperam na regio de momento positivo (vigas V5 e V6), as ductilidades energticas

obtidas por meio das deformaes so menores que as ductilidades energticas obtidas por meio das flechas, isto ,

D F < . J a viga V4, cujo reforo foi duplicado na regio em balano mas mesmo assim rompeu na regio de momento mximo negativo, obteve-se D F > , como nas quatro primeiras vigas ensaiadas.


Tabela 6: Comparao entre as ductilidades energticas mdias D e F .

1,88 18,08

balano = V6 1,25 1,30 3,85

9,09

*

13,74

vo = V4 1,80 1,75 2,78

V5 1,54

2,09

*

2,11

1,90

1,80

1,82

Variao (%)

Sem reforo VR 1,50 1,25 16,67

Reforo Vigas

vo =

balano =

V1

V2

V3

2 fA

D F

fA

fA

fA

() os canais dos extensmetros foram perdidos durante o ensaio.

A anlise da ductilidade energtica para a deformao forneceu resultados coerentes, o que confere a este parmetro uma caracterstica de balizador da anlise do comportamento e do desempenho das vigas reforadas. O acrscimo de reforo diminui a ductilidade energtica relativa s deformaes. CONCLUSES

Este trabalho avalia o comportamento e o desempenho de seis vigas de concreto armado reforadas flexo. As vigas, biapoiadas e com um vo em balano, possuem mesmas sees transversais, armaduras e vos. O concreto usado, calculado inicialmente para atingir 20 MPa , alcanou resistncia compresso de at 29 MPa . Foram ensaiadas uma viga de referncia, que no recebeu reforo, trs vigas que receberam armadura de reforo na regio de momento negativo igual do momento positivo, e outras trs vigas cuja armadura de reforo na regio do momento negativo foi duplicada, e na de momento positivo mantida. Este estudo foi restrito a uns poucos parmetros, para possibilitar uma melhor avaliao do comportamento estrutural das vigas reforadas, levando a resultados mais fundamentados e consistentes, evitando-se a disperso de resultados face a uma ampla gama de variveis que interferem neste comportamento. Fatos como a aplicao de um pr-carregamento, existncia de um balano e vigas com dimenses reais, evitando o fator escala em relao ao comportamento estrutural, tornam os ensaios realizados mais prximos da realidade.

Um fator importante a ser ressaltado em relao ao carregamento realizado, onde houve a preocupao em se obter o momento mximo positivo igual ao momento mximo negativo, possibilitando a comparao entre a regio biapoiada e a regio em balano (Arajo 2002). Os ensaios mostraram um comportamento diferenciado dessa ltima regio em relao regio compreendida entre os dois apoios.

A carga resistida pelas vigas foi aumentada em torno de 21% aps essas receberem o reforo, valor superior ao calculado por meio de modelos tericos, em torno de 13%, mas dentro do esperado, validando a sistemtica de clculo utilizada. Notou-se tambm que no houve uma correlao direta entre a quantidade de rea do reforo e o aumento da resistncia da viga. Esses fatos indicam que outros parmetros, tais como a deformao especfica do ao e do concreto, as flechas, a ductilidade energtica e a rigidez, devem ser levados em considerao numa anlise de vigas reforadas com CFC.

Nesses ensaios no ocorreram problemas nas ancoragens dos reforos, fato que diferiu de vrios outros trabalhos encontrados na literatura, onde vigas romperam por descolamento do material de reforo. A utilizao de um dimensionamento apurado, aliado a cuidados especiais na execuo do reforo, levou ao sucesso dos ensaios, ou seja, alcanou-se a ruptura por flexo em todas as vigas.


Analisando-se os ndices de ductilidade das vigas tem-se as seguintes concluses: a) o mtodo de ductilidade energtica utilizado mostrou-se consistente para uma anlise do comportamento

estrutural de vigas reforadas com CFC; b) sugere-se neste trabalho o clculo da ductilidade energtica por meio da deformao na armadura, uma vez que

seus resultados apresentaram correlao com os obtidos para a ductilidade energtica de flecha; c) com os resultados encontrados por meio dos ndices de ductilidade, foi possvel verificar o aumento da rigidez

das vigas quando do aumento de armadura de reforo na estrutura, confirmando assim que h uma correlao entre a rigidez e o aumento de resistncia da pea reforada;

Os resultados experimentais confirmam a eficincia do reforo com CFC em vigas de concreto armado, mostrando ser essa uma alternativa muito interessante para o reforo estrutural desses elementos. Sua facilidade e rapidez de aplicao so fatores que tambm merecem destaque. REFERNCIAS Arajo, A. C.N. (2002). Estudo Experimental do Reforo Flexo de Vigas de Concreto Armado Utilizando Compsito de Fibra de Carbono. Dissertao de Mestrado, PUCRio. Rio de Janeiro. Associao Brasileira de Normas Tcnicas. NBR-5738 (1993). Moldagem e Cura de Corpos-de- Prova de Concreto

Cilndricos ou Prismticos, Brasil. Associao Brasileira de Normas Tcnicas. NBR-5739 (1994). Concreto: Ensaio de Compresso de Corpos-de-Prova

de Concreto Cilndricos, Brasil. Associao Brasileira de Normas Tcnicas. NBR-6118 (2000). Projeto de Estruturas de Concreto, Brasil. Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR-6152 (1980). Determinao das Propriedades Mecnicas Trao de

Materiais Metlicos, Brasil. Beber, A.J., Campos Filho, A. e Campagnolo, J. L. (2000). Reforo de Estruturas de Concreto com Tecidos de Fibra de

Carbono. XXIX Jornadas Sudamericanas Ingenieria Estructural, CD-ROM. Uruguay. Da Silva, A. O. B. e Moreno JR., A. L. (2000). Reforo Flexo em Vigas de Concreto de Alta Resistncia Compresso Atravs de Colagem Externa de Mantas Flexveis de Fibras de Carbono (PRFC). XXIX Jornadas Sudamericanas de Ingenieria Estructural, CD-ROM. Uruguay. El-Mihilmy, M. e Tedesco, J.W. (2001). Prediction of Anchorage Failure for Reinforced Concrete Beams Strengthening with Fiber-Reinforced Polymer Plates. ACI Structural Journal, 98(3), 301-314. Grace, N. F. (2001). Strengthening of Negative Moment Region of Reinforced Concrete Beams Using Carbon Fiber-

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Mestrado, COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro. Shehata, I. A. E. M., Cerqueira, E. C., Pinto, C. T. M. e Shehata, L. DA C. D. (2000). Reforo de Vigas de Concreto

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Toward the Design of Reinforced Concrete Beams with External Plates. ACI Structural Journal, 91(6), 639-646.



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Reforço Com Fibra Carbono Ana_Carolina

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