VIGAS DE CONCRETO ARMADO REFORÇADAS COM COMPÓSITOS DE FIBRA DE CARBONO

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

VIGAS DE CONCRETO ARMADO REFORÇADAS COM COMPÓSITOS DE FIBRA DE CARBONO

Aluno: Suelen Perera Cassol

Orientador: Prof. Me. Diogo Schreiner Zanette

Passo Fundo, 2014

RESUMO

Este projeto visa à apresentação de um método de reforço estrutural de vigas de concreto armado empregando a utilização de compósitos de fibra de carbono. A aplicação deste método consiste basicamente na colagem de mantas flexíveis na face tracionada da viga, onde esta trabalha conjuntamente com a armadura existente. Os Polímeros reforçados com fibra de carbono (PRFC) destacam-se pela extraordinária rigidez, leveza (dispensa a utilização de escoramento), alto módulo de elasticidade, durabilidade elevada e facilidade de manuseio, porém o custo do sistema ainda é elevado. Foram estudadas as características do PRFC, a forma de aplicação, bem com o método de dimensionamento em estado limite último com base na NBR 6118:2007 e um exemplo de sua aplicação.

Palavra-chave: Reforço estrutural, Compósitos de fibra de carbono, Polímeros reforçados com fibra de carbono (PRFC).

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 3

1.1 Justificativa 3

1.2 Objetivos 4

1.2.1 Objetivo Geral 4

1.2.2 Objetivos Específicos 4

2 REVISÃO 5

2.1 Concreto armado 5

2.2 Fibra de Carbono e compósitos PRFC 5

2.3 Preparação da superfície de concreto para aplicação do reforço com fibras de carbono 7

2.4 Sistemas de reforço com PRFC 8

2.5 Folhas flexíveis de fibra de carbono 10

2.6 Execução do reforço 11

3 DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO DOS REFORÇOS COM COMPÓSITOS DE PRFC 12

3.1 Considerações básicas 13

3.2 Dimensionamento em estado limite último (ELU) 13

3.3 Domínios de dimensionamento em ELU, para as seções de concreto armado 14

3.4 Domínios de dimensionamento em ELU, para as seções de concreto armado reforçadas com PRFC 16

3.5 Exemplo de dimensionamento 17

4 CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 21

REFERÊNCIAS 22

1 INTRODUÇÃO

Toda estrutura de concreto armado deve ser projetada para apresentar desempenho satisfatório durante sua vida útil respondendo aos requisitos para os quais foi concebida. No cenário nacional em que vivemos observa-se a importância de estruturas sólidas, confiáveis e eficientes, para que sejam atendidas as solicitações de uso sem que ofereçam riscos aos seus usuários. Essas estruturas com o passar dos anos sofrem alterações perante sua ocupação, seja pelo aumento dos níveis de solicitação ou por alterações geométricas. Além de alterações físicas, o envelhecimento e a deterioração também modificam as condições originais consideradas no projeto.

Em um conjunto estrutural constituído de concreto armado, as vigas são elementos fundamentais, logo devem ser devidamente dimensionadas para que resistam aos esforços solicitantes.

O reforço e a recuperação estrutural entram em cena, em consequência do envelhecimento da estrutura, ou quando a estrutura começa a dar sinais de que podem estar ocorrendo problemas. Englobam edificações abaladas por diversos fatores, como falhas de planejamento, projeto, execução ou emprego de materiais de baixa qualidade.

O reforço estrutural nada mais é que a reabilitação de uma estrutura aumentando a sua capacidade original. Entre as várias técnicas existentes, optou-se por estudar a técnica de colagem de mantas de fibra de carbono flexíveis.

Com estimativas recentes a Federal Highway Administration, dos Estados Unidos, prevê que os gastos com reparos sejam superiores a 102 bilhões de dólares americanos (Monteiro et al, 2000 apud Reis, 2001). No Brasil os custos estimados pela Revista Construção São Paulo, em 1991, são da ordem de 100 bilhões de dólares (Piancastelli, 1997 apud Reis, 2001)

1.1 Justificativa

Segundo Souza e Ripper (1998), os serviços de reforço requerem sempre a prévia elaboração de trabalhos de cálculo estrutural, sejam estes serviços derivados de necessidade de alteração na funcionalidade da estrutura – aumento da carga de utilização, por exemplo – ou como consequência de danificação sofrida pela estrutura, casos em que o reforço estará inserido nos trabalhos de recuperação.

A utilização de polímeros reforçados com fibra de carbono (PRFC) para recuperação estrutural foi inicialmente difundida como uma necessidade para que se tivessem alternativas perante a utilização de chapas de aço; em ambientes agressivos, onde há grande incidência de corrosão, e também como alternativa a execução de métodos comuns, como por exemplo, o emprego de Concreto de alta Resistência (CAD) e reforço da armadura que são técnicas que apesar de apresentarem desempenho satisfatório exigem maior mobilização de equipamentos, método de aplicação mais complexo.

Segundo Schwartz (1984) apud Beber, Filho e Campagnolo (2001), os polímeros reforçados com fibra de carbono são os mais apropriados para o reforço de vigas de concreto armado por causa do alto desempenho mecânico das fibras de carbono. De fácil manuseio e bastante leve, os compósitos de PRFC podem ser colocados sem a necessidade de escoramentos pesados e caros.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo Geral

Apresentar os critérios de execução e dimensionamento de vigas de