VIGAS DE CONCRETO ARMADO REFORÇADAS COM COMPÓSITOS DE FIBRA DE CARBONO

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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 concreto armado reforçadas com fibra de carbono.

1.2.2 Objetivos Específicos

• Estudar como alternativas para reforço de vigas de concreto armado reforçadas com fibra de carbono a utilização de chapas de aço.

• Apresentar os critérios de execução de reforços.

• Abordar as vantagens e desvantagens das fibras de carbono em relação a outros métodos de reforço.

• Demonstrar os princípios de funcionamento dos reforços de vigas com manta de fibra de carbono.

• Revisar os métodos teóricos e práticos de dimensionamento.

• Desenvolver exemplos de aplicação de reforço de vigas com PRFC.

2 REVISÃO

2.1 Concreto armado

Obtido por meio de associação do concreto simples com a armadura convenientemente colocada, de tal modo que ambos resistam conjuntamente aos esforços solicitantes. Isso é possível em razão das forças de aderência existentes entre a superfície do aço e concreto, pois as barras de aço tracionadas só funcionam quando, pela deformação do concreto que as envolve, começam a ser alongadas. É a aderência que faz com que o concreto armado se comporte como material estrutural.

É o modelo estrutural utilizado em grande escala na construção civil, de custo acessível se comparado com as estruturas de aço, cuja técnica de execução é razoavelmente dominada em todo o pais.

Apresenta boa resistência à maioria das solicitações, tem boa trabalhabilidade e por isso adapta-se a várias formas dando maior liberdade ao projetista, permite a obtenção de estruturas monolíticas, é um material durável que apresenta longa vida útil, desde que seja bem executado e que receba manutenções periódicas.

O projeto de estruturas de concreto tem como referência normativa para procedimento de cálculo a NBR 6118/2007. O Estado Limite de Serviço é que determina a máxima carga resistente da estrutura.

Quando a solicitação da estrutura é maior do que a sua capacidade de resistir a esforços, seja por falha no dimensionamento, uso inadequado da estrutura ou deterioração decorrente da idade avançada, começam a surgir sinais de que alguma intervenção precisa ser feita. Fissuração excessiva, flechas acima do previsto e trincamento são medidas que devem ser corrigidas. Na maioria dos casos é possível recuperar o elemento estrutural sem que o mesmo tenha que ser substituído.

2.2 Fibra de Carbono e compósitos PRFC

Segundo Souza e Ripper (1998), as fibras de carbono resultam do processo de carbonização de fibras de polímeros orgânicos, sendo suas características mecânicas diretamente dependentes da estrutura molecular obtida. A produção de fibras de carbono requer processamentos a temperaturas elevadíssimas (da ordem dos 3.000ºC), diante das quais a grande maioria das fibras sintéticas se derrete ou se evapora. Isto não acontece, no entanto, com certas fibras, como o acrílico, por exemplo, que mantém a sua estrutura molecular mesmo após a carbonização, ficando os átomos de carbono alinhados ao longo das fibras originais. O agrupamento de um conjunto da ordem da dezena de milhar destes filamentos, que adquire a espessura de um fio de cabelo, apresenta excepcionais características mecânicas, que dependendo do arranjo micro-estrutural das fibras, podem ser traduzidas tanto em um elevado módulo de elasticidade, quanto em uma extraordinária resistência à tração.

A fibra de carbono é um material novo e altamente promissor, baseado na força das ligações carbono-carbono, no grafite e na leveza do átomo de carbono afirma Taylor (1994) apud Beber, Filho e Campagnolo (2001).

Compósito é a combinação de dois ou mais materiais, que atuam em conjunto e mantém duas identidades. Os polímeros são materiais compósitos não homogêneos, anisotrópicos e de comportamento completamente elástico até a ruína. As fibras são responsáveis pela resistência e rigidez do compósito (Araújo, 2002).

Vários tipos de fibra, e com grande variedade de propriedades estão disponíveis comercialmente. As fibras longas e contínuas de pequeno diâmetro são as mais adequadas para o reforço de estruturas de concreto pela ótima capacidade de transferência de carga e de aproveitamento de suas propriedades. As fibras contínuas mais utilizadas atualmente são as de vidro, as de aramida e as de carbono. As fibras de carbono são as mais rígidas e resistentes dentre as fibras utilizadas para