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Análise comparativa entre reforço estrutural com aumento de seção existente e com fibras de carbono, Trabalhos de Engenharia Civil

foi feita uma pesquisa bibliográfica sobre as duas metodologias, com foco em sua praticidade de execução e viabilidade técnica a fim de se determinar qual delas apresenta mais vantagens em relação à outra.

Tipologia: Trabalhos

2019

Compartilhado em 25/08/2019

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Análise comparativa entre reforço estrutural com aumento de seção
existente e com fibras de carbono
Ádria Lima, Dienny Sousa, Jorrannis Pantoja, Kleber Faria, Vinícius
Oliveira
Centro Universitário Luterano de Santarém, Santarém, Pará, Brasil
RESUMO
O concreto armado ainda é o elemento mais utilizado para a construção de estruturas
no Brasil. No entanto, ele sozinho não permite significativas alterações uma vez que a
estrutura esteja pronta. Assim, possíveis erros de planejamento, execução ou uso, podem
significar um enorme risco para a estabilidade de uma construção. Torna-se necessário então
a utilização de intervenções de reforço complementares a essa estrutura. Dessa forma, este
trabalho visa a comparação da técnica tradicional de reforço por adição de concreto armado
com a relativamente mais recente utilização de fibras de carbono. Para tanto, foi feita uma
pesquisa bibliográfica sobre as duas metodologias, com foco em sua praticidade de execução
e viabilidade técnica a fim de se determinar qual delas apresenta mais vantagens em relação à
outra.
1. INTRODUÇÃO
Toda estrutura tem um prazo de utilização, que é previsto devido às deteriorações
naturais que o concreto pode sofrer ao longo do tempo, necessitando assim de manutenções
periódicas que aumentem sua vida útil. Entretanto, casos mais graves, em que erros de
projeto, execução ou modificações estruturais provocam o surgimento de falhas imprevistas
em uma estrutura.
Essas falhas, denominadas de patologias, surgem em formas de trincas, infiltrações,
degradações de concreto, entre outros defeitos que alteram a segurança de uma estrutura.
Assim, torna-se necessário um estudo técnico para identificação da origem do problema e
posterior definição do tipo tratamento. Nessas situações, é preciso que seja feita uma
reavaliação da capacidade de carga da obra e a verificação da necessidade de um reforço
estrutural.
Atualmente existem variadas técnicas de realização de reforços, como: uso de
chapas metálicas, protensão ou compósitos. O método tradicionalmente mais usado no Brasil
é o de aumento da seção de concreto existente, juntamente com a inserção de armadura
complementar, procedimento similar ao processo construtivo normal. No entanto, uma
técnica mais recente que merece destaque: a utilização de compósitos de fibra de carbono.
Diante disso, é imprescindível que o engenheiro, responsável pela avaliação de uma
obra, tenha conhecimento das técnicas de reforço disponíveis e saiba identificar qual deverá
ser utilizada em cada caso. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo realizar uma
comparação entre o sistema de aumento da seção de concreto e o de uso de fibras de carbono,
quanto à viabilidade para aplicação como reforço estrutural.
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Análise comparativa entre reforço estrutural com aumento de seção

existente e com fibras de carbono

Ádria Lima, Dienny Sousa, Jorrannis Pantoja, Kleber Faria, Vinícius

Oliveira

Centro Universitário Luterano de Santarém, Santarém, Pará, Brasil

RESUMO

O concreto armado ainda é o elemento mais utilizado para a construção de estruturas no Brasil. No entanto, ele sozinho não permite significativas alterações uma vez que a estrutura esteja pronta. Assim, possíveis erros de planejamento, execução ou uso, podem significar um enorme risco para a estabilidade de uma construção. Torna-se necessário então a utilização de intervenções de reforço complementares a essa estrutura. Dessa forma, este trabalho visa a comparação da técnica tradicional de reforço por adição de concreto armado com a relativamente mais recente utilização de fibras de carbono. Para tanto, foi feita uma pesquisa bibliográfica sobre as duas metodologias, com foco em sua praticidade de execução e viabilidade técnica a fim de se determinar qual delas apresenta mais vantagens em relação à outra.

1. INTRODUÇÃO

Toda estrutura tem um prazo de utilização, que é previsto devido às deteriorações naturais que o concreto pode sofrer ao longo do tempo, necessitando assim de manutenções periódicas que aumentem sua vida útil. Entretanto, há casos mais graves, em que erros de projeto, execução ou modificações estruturais provocam o surgimento de falhas imprevistas em uma estrutura. Essas falhas, denominadas de patologias, surgem em formas de trincas, infiltrações, degradações de concreto, entre outros defeitos que alteram a segurança de uma estrutura. Assim, torna-se necessário um estudo técnico para identificação da origem do problema e posterior definição do tipo tratamento. Nessas situações, é preciso que seja feita uma reavaliação da capacidade de carga da obra e a verificação da necessidade de um reforço estrutural. Atualmente já existem variadas técnicas de realização de reforços, como: uso de chapas metálicas, protensão ou compósitos. O método tradicionalmente mais usado no Brasil é o de aumento da seção de concreto existente, juntamente com a inserção de armadura complementar, procedimento similar ao processo construtivo normal. No entanto, há uma técnica mais recente que merece destaque: a utilização de compósitos de fibra de carbono. Diante disso, é imprescindível que o engenheiro, responsável pela avaliação de uma obra, tenha conhecimento das técnicas de reforço disponíveis e saiba identificar qual deverá ser utilizada em cada caso. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo realizar uma comparação entre o sistema de aumento da seção de concreto e o de uso de fibras de carbono, quanto à viabilidade para aplicação como reforço estrutural.

2. REFORÇO POR AUMENTO DA SEÇÃO EXISTENTE

A técnica para o reforço com aumento da seção (encamisamento) permite acrescentar uma armadura envolvendo a seção preexistente e adicionar concreto novo para o reparo do elemento. A boa aderência entre o concreto novo e o velho, juntamente a capacidade de transferir as tensões entre eles, são cruciais para o êxito do reforço. A divergência na interação entre o concreto velho e o novo podem ocasionar falhas nos reparos, devido às discordâncias de retração e deformação dos materiais, sendo assim essa aderência poderá ser aprimorada com o uso de adesivos a base de epóxi sobre a superfície do concreto previamente preparado.

2.1.. Aplicação

O reforço por aumento de seção pode ser aplicado quando é necessário um aumento da resistência de zonas comprimidas; no caso da necessidade do aumento da resistência/rigidez; quando se quer garantir boa proteção ao fogo das armaduras de reforço e, principalmente, para reforço de elementos estruturais (lajes, pilares, vigas e paredes) para todos os esforços. A execução desse tipo de reforço se dá através das seguintes etapas: a) escoramento; b) preparação da superfície; c) colocação da armadura de reforço; d) betonagem.

Figura - Reforço de viga com nova armadura atada à mesma O elemento a ser reforçado necessita ser aliviado das cargas as quais está submetido através do escoramento, pois as armaduras existentes não podem estar pré-tensionadas em relação às adicionadas. Posteriormente, a limpeza da superfície do concreto objetiva a remoção de resíduos (graxas, ferrugens), de forma a preparar o substrato para receber o reparo. É preciso tomar cuidados quanto à limpeza da superfície das armaduras antes da aplicação do novo material, removendo toda a corrosão e todo o concreto modificado ou em volta do perímetro da armadura próximo a corrosão. Após o preparo das superfícies, as armaduras de reforço serão adicionadas ao redor do elemento. Esta armadura deve ser bem ancorada nas proximidades dos apoios e posicionada o mais próximo às barras existentes para a minimização do afastamento do baricentro entre as armaduras. Posterior às armaduras serem adicionadas, são fixas as formas para concretagem (formas cachimbo ou concretagem pela laje). O excedente de concreto deverá ser recolhido após o endurecimento.

1.. Viabilidade

Ao se analisar a viabilidade do emprego dessa técnica alguns fatores devem ser levados em consideração, tais como: O aumento do peso próprio da estrutura, interferência arquitetônica devido ao acréscimo na seção da peça reforçada, utilização de concreto de alta resistência ou graute industrializado, necessidade de escoramento para alívio das tensões, bem como a paralização do uso da edificação por um período de tempo alongado. Entretanto, esta técnica de reforço já é bastante utilizada e tida como referência na construção civil pelos seus materiais e mão de obra serem mais acessíveis em relação a outras técnicas, reduzindo, assim, o custo final da obra. Para que haja sucesso na recuperação é de vital importância que o concreto novo aplicado à estrutura tenha compatibilidade com o concreto original mantendo a aderência e

Figura – Manta de fibta de carbono

3.1.. Aplicação

Existe uma grande variedade de elementos de concreto armado em que os sistemas estruturados com fibras de carbono podem ser utilizados para promover reforço estrutural. Esse sistema é indicado para aplicações em vigas, lajes, paredes, silos, reservatórios, túneis e demais elementos estruturais sujeitos à deterioração. Devido ao conjunto de aplicações empregado nessa técnica em que são utilizados fibras de carbono, deverá ser realizado na estrutura: a) Remoção do concreto solto; b) Recuperação de fissuras; c) Limpeza das impurezas; d) Recomposição de concreto onde necessário; e) Limpeza e preparação das superfícies; f) Execução do reforço, figura 4.

Figura – Aplicação da manta de fibra de carbono A preparação da superfície em que será aplicado o sistema composto deverá tratar de todas as fissuras e imperfeições, em seguida, aplica-se uma demão da resina de colagem e a imprimação imediata da fibra de carbono, assim terminando aplicação das laminas é feita uma segunda camada de saturação, garantindo que a primeira camada esteja totalmente imersa dando um aumento significativo na resistência da estrutura. Este sistema tem como principal ferramenta de aplicação, rolos metálicos que servem para promover o alinhamento das fibras e eliminação das bolhas de ar.

2.. Viabilidade

Existem alguns fatores que devem ser levados em consideração, os quais que produzem uma maior eficiência no reforço de pilares, uma delas é a excentricidade da carga, para cargas concêntricas, os pilares reforçados na horizontal apresentam melhores resultados do que o reforço na diagonal cerca de 40% à 50%, já para cargas excêntricas as fibras fibras inclinadas são cerca de 10% à 15% mais eficientes do que na horizontal. Dentre as características e vantagens do reforço com fibra, a norma americana ACI-440 cita alta resistência longitudinal à tração, resistência à corrosão, antimagnetismo, alta resistência à fadiga (varia com o tipo de fibra) e leveza (cerca de 1/4 a 1/5 da densidade do aço). De acordo com Callister (2011), a fibra de carbono possui o maior módulo específico e a maior resistência específica dentre todas as fibras de reforço. Através da Figura 5 é possível ver um gráfico comparativo das tensões e deformações específicas das fibras de diferentes tipos de matérias.

Figura - Diagrama tensão normal x Deformação específica

É indispensável saber onde será feito o reforço e se o mesmo permite a utilização da fibra de carbono. Por mais que tenha a mesma função estrutural de uma chapa metálica permitindo que seja utilizada em locais mais restritos e de difícil acesso, vale ressaltar que possui baixa resistência ao fogo, exposição a raios ultravioletas e em caso superfícies irregulares trazem menor vida útil do reforço.

4. RESULTADOS E CONCLUSÕES

Através da pesquisa realizada foi possível notar que a técnica de reforço por aumento de seção de concreto e adição de armadura ainda é bastante utilizada no Brasil devido, principalmente, ao fácil acesso aos materiais necessários para sua realização, já que se assemelha ao processo construtivo convencional. Em contrapartida, percebe-se também uma variedade de obstáculos que comprometem a eficiência desse processo em relação outros métodos. Dentre as dificuldades encontradas vale ressaltar tanto o aumento do peso próprio da estrutura que poderia provocar a necessidade de reforço na fundação, como também a compatibilização entre o concreto novo e o antigo, ambas as problemáticas solicitariam remediações que aumentaria os custos. Além da maior demora na liberação da obra. Já a técnica de reforço por aplicação de fibra de carbono permite maior agilidade tanto na aplicação, por seu procedimento constituir-se basicamente da aplicação de resina e imprimação, quanto na liberação da obra, já que o compósito atinge a resistência necessária em poucos dias. Aliado a isso , tem-se uma maior durabilidade devido à sua alta resistência à compressão, à tração e a corrosão, juntamente com um alto modulo de deformação, com valores que superam as propriedades de aços e de compósitos de outros tipos de fibra. É notável também sua baixa densidade que permite a realização do reforço sem realização de sobrecargas na estrutura. Diante disso, observa-se que apesar da facilidade e relativa resistência de se realizar o aumento da seção de um elemento estrutural comprometido, tem-se muitos inconvenientes que o engenheiro deve considerar caso seja sua escolha. Enquanto isso, as fibras de carbono, ainda que consideravelmente novas no meio técnico e possivelmente mais cara em certos casos, apresenta maiores vantagens que compensam isso e a justifica como melhor técnica de reforço estrutural.

5. REFERENCIAS

American Concrete Institute. Guide the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Streng- thening Concrete Structures. ACI Committee 440, 2000. AKRON. DENVERPOXI. Disponível em: https://akronrs.com.br/produto/denverpoxi/. Acesso em: 18 de Março de 19. COUTO, D.; ÁVILA, J. A.; BRITEZ, C.; HELENE, P_. Como Reforçar Pilares em Concreto Armado, Sem Mudar a Sua Concepção Arquitetônica?._ Congresso Brasileiro Do Concreto, Minas Gerais, 2016. FERRARI, V. J. Reforço à flexão em vigas de concreto armado com manta de fibra de carbono: mecanismos de incremento de ancoragem. Maringá: UEM, 2002. MACHADO, A. P. Manual de Reforço das Estruturas de Concreto Armado com Fibras de Carbono. São Paulo, 2010 SOUZA, V.; RIPPER, T. Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto. São Paulo: Pini, 1998. ZUCCHI, F. L. Técnicas para o Reforço de Elementos Estruturais. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, 2015.