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Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheira Civil
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO, REFORÇADAS COM POLÍMERO ESTRUTURAL A BASE
DE FIBRA DE VIDRO NA REGIÃO CISALHANTE
Sabrina Lopes Arcenego (1); Elaine Guglielmi Pavei Antunes (2)
UNESC – Universidade do Extremo Sul Catarinense
(1)[email protected];(2)[email protected]
RESUMO
A crescente procura por novos métodos construtivos na construção civil, para uma rápida execução, vem estimulando a modernização do setor da engenharia civil. Nesta contextualização destacam-se também novos materiais, mais tecnológicos e que permitem uma maior eficiência, salienta-se como novo no mercado, estruturas de perfil pultrudado, este material utiliza resinas termofixas e reforço flexíveis de fibras (vidro carbono ou aramida). Em algumas condições, precisa-se reforçar ou reabilitar a estrutura de concreto armado, sabe-se que a estrutura apresenta dificuldades em sobrecargas que não foram previstas no cálculo. Erros de execução, podem ocasionar patologias ou até mesmo o colapso da estrutura. O presente estudo tem como objetivo avaliar o comportamento do reforço com chapas de material pultrudado com espessuras de 3 mm , coladas com adesivo estrutural a base de epóxi aplicadas na área cisalhante de vigas de concreto armado, espaçadas em três configurações diferentes e coladas nas duas faces laterais da viga. As vigas foram fissuradas e reforçadas para obter a carga máxima de ruptura após a aplicação do reforço. Os resultados mostram que o reforço foi satisfatório, conseguiu reabilitar a estrutura. Pode-se constatar um aumento de ductibilidade nas vigas de concreto armado. O incremento de carga e de deslocamento se fez presente no reforço das vigas, entretanto não houve distinção estatística, segundo a técnica ANOVA, para os três grupos de espaçamentos diferentes.
Palavras-Chave: Patologias, material inovador, pultrudado, concreto, cisalhamento.
1 INTRODUÇÃO
A necessidade de rápida execução em um curto prazo de tempo faz com que cresça
a procura por novos métodos construtivos , portanto, a inserção de novas
tecnologias e inovações vem estimulando a modernização do setor da engenharia
civil. Nesta contextualização destacam-se também novos materiais, mais
tecnológicos e que permitem uma maior eficiência (MOURA, 2016).
Ressalta como novo no mercado de material de construção civil, estruturas com
perfil pultrudado. Pultrusão é um processo contínuo e industrial para a fabricação de
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perfis estruturais de resina plástica reforçada (ALMEIDA, 2004). Esse processo
utiliza resinas termofixas e reforços flexíveis de fibras (vidro, carbono ou aramida).
“O processo consiste em puxar estas fibras impregnadas com resina através de um
molde de aço pré-aquecido usando um dispositivo de tracionamento contínuo”.
Absorvido a resina no material, este passa através de um molde aquecido onde irá
ocorrer o processo de polimerização, tomando assim sua forma estabelecida
(CANALLI, 2010).
Como é conhecido comumente devido ao seu processo de produção, é um material
compósito reforçado com fibras. As mesmas são embebidas em uma matriz plástica
conhecida então como polímeros reforçados com fibra (PRF). A combinação de
reforços determina a resistência nas direções, longitudinal e transversal do perfil
(PIERIN, 2005).
Com o objetivo de obter um material novo com características superiores à sua
essência, o material compósito têm com o intuito de abordar as principais
características dos materiais, unindo dois ou mais componentes a fim de formar um
novo material composto, com propriedades e desempenho superiores ao seu
referencial (MOHAMAD, 2015).
Buscando uma maior eficiência estrutural, os perfis poliméricos apresentam diversas
vantagens, como: resistência à corrosão, longa vida útil, redução de gastos com
manutenção, apresentam baixo peso, isolamento elétrico, alta resistência mecânica
e resistência à altas temperaturas, o compósito reforçado com fibra de vidro é uma
alternativa de construção altamente concorrente e adequada para o mercado.
(ALMEIDA, 2004).
Este material vem com o intuito de trabalhar em conjunto com os materiais
convencionais na construção civil, como o aço, alumínio, concreto e a madeira ou a
substituição dos mesmos em locais na qual a estrutura não apresenta seu melhor
desempenho (CANALLI, 2010).
A garantia de que a estrutura irá desempenhar seu papel adequadamente depende
da sua correta concepção e execução conforme o projeto. A deterioração prematura
da estrutura pode acarretar na perda de qualidade e no tempo de vida útil das
edificações (MENEGHETTI, 2007). Para a ABNT NBR 6118:2014, item 6.1.
Quando se trata de concreto armado, sabe-se que a estrutura apresenta dificuldades
em sobrecargas que não foram previstas no cálculo, podendo ocasionar patologias
ou até mesmo o colapso da estrutura (ZUCCHI, 2015). Conforme define Palig, Filho
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e Real (2008) são diversas as causas de problemas em uma estrutura, como “[...]
sobrecarga, mudança de utilização, corrosão das armaduras fissuração e
localização em meio ambiente agressivo, podem conduzir a uma diminuição ou a
perda da sua capacidade de receber esforços”.
O reforço em vigas de concreto armado consiste em diversos métodos
convencionais que apresentam resultados confiáveis, dentre eles: colagem de
chapas de aço ou polímeros na superfície da viga, ou adição na face tracionada da
viga a ser reforçada, com um novo concreto ou argamassa, tendo o objetivo de
aumentar a durabilidade, elevar a resistência à flexão e ao cisalhamento (REIS,
2001).
Entretanto o reforço na área cisalhante deve-se ter uma atenção maior, pois este
pode ser considerado mais crítico em relação ao reforço na flexão, visto que os
colapsos por esforço cortante ocorrem sem advertir previamente e são mais
catastróficos comparados com os colapsos por flexão, as quais são geralmente mais
progressivas e proporcionam um período de fissuração antes da ruptura (MENON,
2008).
A utilização de chapas de aço colados com resina epóxi nas vigas de concreto
armado é uma técnica que tem um custo moderadamente baixo e apresenta grande
eficiência, contudo há algumas desvantagens neste método, como a baixa
resistência ao fogo, peso das chapas de aço e problemas de corrosão no aço
(BATTI, 2015).
Considera-se o problema mais grave neste método de reforço, a corrosão na
interface do concreto e aço, principalmente quando a estrutura está exposta em
meios agressivos. Por este motivo é recomendado este tipo de reforço somente “[...]
em casos em que a estrutura reforçada não esta sujeita a corrosão e os
comprimentos do reforço são relativamente pequenos, dispensando a execução de
juntas” (GARCEZ, 2007).
O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento de vigas de concreto armado
reforçadas com material pultrudado, chapas de 3 mm, coladas com resina epóxi na
região cisalhante, em três configurações de espaçamentos diferentes. Assim como,
verificar o incremento de carga e de deslocamento a fim de complementar o estudo.
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2 MATERIAIS E MÉTODOS
A pesquisa foi dividida em duas fases, sendo que na primeira realizou-se o ensaio
de flexão a quatro pontos em três vigas referencia, com o intuito de verificar a
máxima carga que as referidas vigas poderiam suportar até sua ruptura. Essa
informação baliza a carga que é aplicada no restante das vigas, em que levou ao
surgimento de fissuração visível. Vale salientar que o objetivo é de analisar vigas
fissuradas e não rompidas para estudar o comportamento considerando o reparo.
Levando as vigas pra uma situação de risco, e a partir desta etapa verificar seu
comportamento.
Ainda na primeira fase foram moldados os corpos de prova cilíndricos com diâmetro
de 10 cm e altura de 20 cm, para o controle da resistência do concreto à
compressão axial, módulo de elasticidade e compressão diametral segundo ABNT
NBR 5738:2015.
A segunda fase corresponde ao reforço das vigas fissuradas, com chapa de
pultrudado e as seguintes dimensões de 5 cm de largura e 20 cm de altura com
espessura de 3 mm. As chapas foram coladas com resina epóxi nas duas faces da
área cisalhante da viga. As vigas foram ensaiadas novamente para que sua carga
após o reforço estrutural fosse analisada.
2.1 PRIMEIRA FASE - PROPRIEDADE DOS MATERIAIS, FABRICAÇÃO DAS
VIGAS E CONCRETAGEM DOS CORPOS DE PROVA
As vigas foram dimensionadas com seções transversais de 12 cm de largura, 20 cm
de altura e 190 cm de comprimento. O aço utilizado foi CA-50A . Adotou-se duas
barras de aço com 10 mm de diâmetro para armadura positiva e duas barras de 5
mm de diâmetro para porta estribo, totalizou uma área de aço de 1,6 cm², segundo
critérios da ABNT NBR 6118:2014. Na armadura transversal utilizou-se barras de 5
mm com espaçamento entre os estribos de 30 cm, totalizando 06 estribos para cada
viga, não condizendo com a ABNT NBR 6118:2014, para provocar a ruptura por
cisalhamento, a Figura 1 demonstra o detalhamento da armadura na viga, e a Figura
2 apresenta as fôrmas e armaduras das vigas juntamente com os corpos de prova
prontos para a concretagem.
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Figura 1 – Detalhamento das armaduras nas vigas - (a) Detalhamento longitudinal;
(b) Perspectiva da armação.
a)
b)
Fonte: Autor, 2017
Figura 2 – Vigas e corpos de prova prontos para concretagem.
Fonte: Autor, 2017
A resistência à compressão definida para o concreto foi de 20 MPa, parâmetros da
ABNT NBR 6118:2014 item 7.1, correspondente a classe de agressividade I e
qualidade do concreto onde estabeleceu o cobrimento para armadura de 25 mm.
Para o controle tecnológico do concreto fez-se a caracterização do concreto fresco
por meio do ensaio de abatimento de tronco de cone (slump-test), segundo ABNT
NBR NM 67:1998 que obteve como resultado 10 cm.
Paralelo a concretagem das vigas foram moldados quinze corpos de provas
cilíndricos, conforme especificações na norma ABNT NBR 5738:2015 e ABNT NBR
5739:2007, com o objetivo de obter à resistência à compressão axial do concreto
aos 28 e aos 56 dias. A fim de complementação, aos 56 dias, realizou-se os ensaios
de módulo de elasticidade e compressão diametral, segundo a ABNT NBR
8522:2008 e ABNT NBR 7222:2011, respectivamente. Após a concretagem as vigas
passaram pelo processo de cura ao longo de 56 dias e posteriormente foram
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encaminhadas ao LEE Laboratório de Experimental de Estruturas do Iparque –
UNESC, para a realização dos ensaios.
Dentre as quinze vigas, três delas foram ensaiadas até a ruptura. A análise do
esforços cortante segundo Araújo (2014), no momento em que a viga está sem
fissuração, esta se encontra no estádio I e quando a tensão principal atinge a
resistência à tração do concreto, surge uma fissura inclinada e a viga entra no
estádio II. Quando a estrutura apresenta limites de deformações excessivas e um
nível de fissuração que comprometa a durabilidade, ultrapassando seu estado limite
de utilização ou de serviço é considerada sua ruptura. O ponto de ruptura das vigas
referência foi estabelecido a partir do início da queda da carga onde ocorre o
rompimento do concreto e consequentemente a perda de carga gradativamente. O
restante das doze vigas foram ensaiadas até apresentarem fissuração visível,
consequentemente, estádio ll, com o objetivo de ficar acima dos limites indicados,
levando à fissuração do concreto entre outras anomalias., O fluxograma da Figura 3
demonstra as etapas da pesquisa na primeira fase.
Figura 3 – Fluxograma da primeira fase
Fonte: Autor,2017
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2.2 SEGUNDA FASE – REFORÇO ESTRUTURAL Após a deformação vertical das vigas, como especificado na primeira etapa, elas
passaram pelo processo de colagem das chapas de polímero estrutural com resina
epóxi. O adesivo estrutural utilizado é um composto químico a base de resina epóxi,
de alta viscosidade, isento de solventes, composto por agregado devidamente
dosado e de pega normal. Denota como características sobressalentes um alto
poder de adesão, elevado desempenho no reparo estrutural e no reforço de
estruturas de concreto, contém material pré-dosado e apresenta dureza inicial em 24
horas após ser aplicado, e cura total 7 dias após a aplicação do produto na viga. A
aplicação do adesivo estrutural seguiu as recomendações do fabricante, tal como a
superfície a ser colada. Foi limpa, isenta de pó, desmoldantes, óleos e qualquer
outro tipo de material contaminante que pudesse prejudicar a aderência entre o
reforço e a área à ser reforçada. As chapas de pultrudado foram lixadas
manualmente para uma melhor aderência. Após o preparo das superfícies ocorreu o
preparo do adesivo estrutural, aconteceu com a homogeneização das substâncias
conforme manual de instruções. A mistura ocorreu entre o endurecedor
(componente B) e a resina (componente A), no qual é realizada uma pré-mistura do
endurecedor e da base . Os dois componentes são homogeneizados por no mínimo
3 minutos, ou até se obter uma coloração uniforme, conforme informado pelo
fabricante. O adesivo estrutural foi aplicado com a espessura máxima de 2,0 mm e
com auxílio de espátulas. A Figura 4 demonstra a aplicação do adesivo estrutural
nas chapas de pultrudado, a colagem das chapas e a viga após o reparo estrutural.
Figura 4 – Aplicação da resina epóxi
a) 1º homogeneização
b) 2º homogeneização
c) Aplicação
Fonte: Autor,2017
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O reforço é aplicado nas duas faces laterais da viga, na área cisalhante. A Figura 7
monstra o ponto de aplicação das cargas, o Diagrama de Esforço Cortante e
Momento Fletor, justificando assim a aplicação do reforço nesta área.
Neste ensaio a carga é aplicada por um cilindro hidráulico de cima para baixo sobre
um perfil metálico, este carregamento é transferido para a viga em duas cargas
pontuais distantes a 45 cm do centro do apoio. Foi utilizado um pórtico metálico e a
carga foi aplicada por meio de um cilindro hidráulico. A célula de carga têm
capacidade de leitura máxima de 500kN. Para obter o deslocamento máximo das
vigas foi utilizado um transdutor de deslocamento (LVDT) com leitura máxima de 100
mm, localizado no centro do vão da viga. Todos os equipamentos estão ligados ao
sistema de aquisição de dados Quantum X® que utiliza o software Catman Easy®
ambos da marca HBM®. Para uma melhor análise, foi instalado em cada grupo de
vigas dois extensômetros (strain gages), para verificar as deformações da estrutura,
um no concreto e outro na placa de reforço. A Figura 5 apresenta o esquema do
ensaio.
Figura 5 – Esquema do ensaio
Fonte: Autor,2017
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Foram padronizadas em todas as vigas, chapas com espessura de 3 mm,
dimensões de 5 cm de largura e 20 cm de comprimento. Utilizou-se três
configurações de espaçamentos diferentes entre os reforços. Cada Grupo era
composto por quatro vigas. A primeira configuração é o Grupo 100, com chapas
espaçadas a cada 10 cm totalizando 16. A segunda configuração é o Grupo 175,
com chapas espaçadas a cada 17,5 cm totalizando 12. A terceira configuração a ser
analisada é o Grupo 400, com chapas com espaçamento de 40 cm totalizando 8
chapas. A Figura 6 apresenta o esquema dos reforços.
Figura 6 – Detalhamento de reforços com espaçamento
VGR
100
VGR
175
VGR
400
Fonte: Autor,2017
Após a aplicação das chapas de pultrudado e atendendo as recomendações do
fabricante da resina epóxi, as vigas foram ensaiadas novamente e levadas até a
ruptura, para então obter-se o valor de carga máximo, após o reforço estrutural.
Como modo de retratar de maneira mais sucinta, o fluxograma da Figura 7
demonstra as etapas da pesquisa na segunda fase.
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Figura 7 – Fluxograma segunda etapa
Fonte: Autor,2017
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL, MÓDULO DE ELASTICIDADE E RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL
Após os 28 dias foi realizado ensaio de compressão axial dos corpos de prova para
obtenção da resistência do concreto, posteriormente e paralelo aos ensaios das
vigas foi ensaiado o restante dos corpos de prova ensaio de compressão axial,
módulo de elasticidade e de compressão diametral aos 56 dias. A Tabela 1
apresenta os resultados destes ensaios.
Tabela 1- Resistência a compressão axial, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade.
IDADES DOS CORPOS
DE PROVA (DIAS)
RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO
AXIAL (MPa)
RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR
COMPRESSÃO DIAMETRAL (MPa)
MÓDULO DE ELASTICIDADE
(MPa)
28 21,30 - -
28 22,20 - -
28
Média (D.P)
20,30
21,30 (±0,95)
- -
56 26,00 11,30 28,91
56 26,20 11,90 30,44
56
Média (D.P)
26,60
26,26 (±0,31)
12,90
12,03 (±0,81)
26,56
28,64 (± 2,74)
Fonte: Do Autor, 2017
Aos 28 dias, os corpos de prova, atingiram uma média de 21,30 MPa de resistência
a compressão axial, acima da resistência mínima exigida. E aos 56 dias, apresentou
resistência de 26,26 MPa, um desempenho maior que a resistência de projeto.
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Verificou-se que após os 28 dias a resistência a compressão axial do concreto tem
incremento de resistência.
3.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE FLEXÃO A QUATRO PONTOS NAS VIGAS 3.2.1 Vigas referência
O resultado esperado das vigas de referência, através da ABNT NBR 6118:2014,
era uma capacidade de carga experimental de serviço de 47,00 kN para esforço
cortante. Para as vigas o deslocamento máximo vertical deve ser obtido através do
seu comprimento dividido por 250 (L/250), a ABNT NBR 6118:2014 apresenta os
valores-limites que visam proporcionar um adequado comportamento da estrutura
em serviço, logo o deslocamento vertical máximo para as vigas em estudo era de
7,22 mm. A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos para as vigas referências.
Tabela 2- Resultado das vigas referência rompidas.
CARGA DE RUPTURA (kN) DESLOCAMENTO (mm)
L/250=7,22 mm
VREF
1 53,05 10,47
2 52,32 9,98
3 50,71 9,42
MÉDIA 52,03 9,98
DESVIO PADRÃO
1,20
0,53
Fonte: Autor,2017
Com base na Tabela 2 pode-se verificar que as vigas se comportaram de acordo
com o esperado. O rompimento de todas as vigas ocorreu preponderantemente por
esforço cortante com uma fissura de cisalhamento inclinada de aproximadamente
45º e a média da carga máxima de ruptura foi de 52,03 kN. A Figura 8 apresenta as
vigas referências após o rompimento.
Figura 8 – Vigas referência após o ensaio.
VREF 01 VREF 02 VREF 03
Fonte: Autor,2017
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3.2.2 Vigas primeira etapa – antes do reforço
Após a determinação de carga de ruptura das vigas referência, levou-se o restante
das doze vigas para primeira etapa de ensaio, onde foi monitorada cada viga até a
sua fissuração visível. A Tabela 3 apresenta os resultados obtidos.
Tabela 3- Resultado das vigas antes do reforço estrutural
CARGA DE FISSURAÇÃO (kN)
DESLOCAMENTO (mm) L/250=7,22 mm
VGR 100
1 51,77 7,15
2 44,41 6,65
3 55,28 6,72
4 52,65 8,70
MÉDIA 51,03 7,31
DESVIO PADRÃO
4,66
0,96
VGR 175
1 54,32 8,19
2 57,05 9,10
3 53,15 8,79
4 52,93 7,54
MÉDIA 54,36 8,41
DESVIO PADRÃO
1,89
0,69
VGR 400
1 48,79 9,39
2 50,20 8,65
3 48,83 8,35
4 53,28 8,38
MÉDIA 50,28 8,69
DESVIO PADRÃO
2,11
0,48
Fonte: Autor,2017
De acordo com os dados da Tabela 3 pode-se concluir que foram aplicados 99,75%
da carga de referência, ficando muito próximo da carga de ruptura das vigas.
Também a média do deslocamento vertical em todos os grupos ultrapassou o valor
máximo de 7,22 mm. O surgimento da fissuração visível nas vigas está muito
próximo da ruptura, afirmando o quão perigosos são os esforços de cisalhamento
nas vigas de concreto armado. Nesta primeira etapa todas as vigas apresentaram
fissuras de cisalhamento conforme o esperado, a Figura 9 apresenta as vigas
fissuradas.
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Figura 9– Vigas fissuradas.
VGR 100 VGR 175 VGR 400
Fonte: Autor,2017
Com base nestes resultados, foi realizada uma análise de variância (ANOVA) entre
os quatro grupos de vigas, as de referência (já rompidas) e as vigas da primeira
etapa (não rompidas). Sabe-se que podemos considerar as variâncias iguais quando
o valor de probabilidade (p-value) for maior que 5%. Fundamentado nesta
informação foi realizado análise de variância que comprovou com 95% de confiança
que todos os grupos são estatisticamente iguais em relação à carga de ruptura, para
as vigas referência e para as vigas fissuradas. Analisou-se estatisticamente os três
grupos das vigas fissuradas e o valor demonstrou também a igualdade entre os
grupos. A Figura 10 apresenta os gráficos com os resultados obtidos para as vigas
referência e as vigas fissuradas.
Figura 10- Gráfico resistência total das vigas – Carga (kN) x Deslocamento (mm). a) Grupo 100 b) Grupo 175 c) Grupo 400.
a)
VGR 100
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b)
VGR 175
c)
VGR 400
Fonte: Autor,2017 3.2.3 Vigas segunda etapa – após o reforço Após a primeira etapa as vigas foram reforçadas, aguardado o tempo de cura do
epóxi de 7 dias e rompidas aos 63 dias. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos.
Tabela 4- Resultado das vigas após o reforço estrutural
CARGA DE RUPTURA
(kN) DESLOCAMENTO (mm)
L/250= 7,22mm
VGR 100
1 51,37 9,11
2 56,86 10,90
3 65,60 9,18
4 67,65 14,05
MÉDIA 60,37 10,81
DESVIO PADRÃO
7,61
2,31
VGR 175
1 38,30 6,42
2 65,08 17,01
3 61,68 24,28
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4 60,31 8,88
MÉDIA 56,34 14,15
DESVIO PADRÃO
12,19
8,13
VGR 400
1 37,67 6,96
2 20,40 6,14
3 66,51 11,97
4 55,36 9,51
MÉDIA 44,99 8,65
DESVIO PADRÃO
20,24
2,64
Fonte: Autor,2017
A partir destes dados foi realizada uma análise de variância (ANOVA) entre as vigas
referências e os três grupos de vigas com reforço. O valor de probabilidade foi maior
que 5%, concluindo que não há diferença entre os grupos. A análise realizada entre
os três grupos de reforço indicou que não havia distinção entre os grupos. A média
dos dados obtidos das vigas referência e das vigas da primeira e segunda etapa
estão expostos na Tabela 5 .
Tabela 5- Resultado das vigas referência e das vigas da primeira e segunda etapa. PRIMEIRA ETAPA SEGUNDA ETAPA
MÉDIA CARGA DE
RUPTURA (kN)
MÉDIA
DESLOCAMENTO (mm)
MÉDIA CARGA DE RUPTURA
(kN)
MÉDIA
DESLOCAMENTO (mm)
VREF 52,03 9,98 - -
VGR 100 51,02 7,36 61,23 10,81
VGR 175 54,36 8,41 60,99 14,15
VGR 400 50,28 8,69 46,51 8,65
Fonte: Autor,2017
Apesar dos grupos serem considerados semelhantes estatisticamente, fez-se a
análise isolada entre os grupos. Com base na Tabela 5, as vigas que foram
reforçadas à cada 10 cm (VGR 100) demonstrou um excelente desempenho em
termos de incremento de carga, uma vez que a viga já comprometida suportou a
carga de ruptura e mais um incremento de 17,70% em relação as vigas referências.
Nas VGR 175, alcançaram valores bem próximos, onde atingiu um acréscimo de
17,22% em relação as vigas referência.
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Contudo as vigas reforçadas com espaçamento de 40 cm (VGR 400), não
apresentaram o mesmo comportamento dos outros grupos, onde ocorreu 10,61% de
perda de carga em relação as vigas referência. Pode-se destacar que somente duas
vigas romperam por flexão, ambas do grupo VGR 175, o restante das vigas a
ruptura por cisalhamento que foi o tipo de ruptura dominante na pesquisa, não
atendendo o principal objetivo que é evitar a ruptura por cisalhamento. A Figura 11
apresenta os resultados das vigas da primeira e segunda etapa.
Figura 11- Análise entre os grupos antes e após o reforço.
Fonte: Autor,2017
A Figura 12 demonstra as vigas reforçadas e rompidas dos grupos VGR 100, VGR
175 E VGR 400, respectivamente.
Figura 12- Ruptura das vigas dos grupos VGR 100, VGR 175 e VGR 400. VGR 100 VGR 175 VGR 400
Fonte: Autor,2017
A Figura 13 apresenta os gráficos com os resultados obtidos para as vigas
referência e as vigas já reforçadas e rompidas.
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Figura 13- Gráfico resistência total das vigas – Carga (kN) x Deslocamento (mm). a)Grupo 100 b)Grupo 175 c)Grupo 400.
a)
VGR 100
b)
VGR 175
c)
VGR 400
Fonte: Autor,2017
Através da análise de variância (ANOVA) entre os três grupos de vigas com reforço,
analisou-se a média de deslocamento máximo entre os grupos das vigas referência
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e das vigas da segunda etapa. Resultou que não há diferença estatística de
deslocamento vertical entre os três grupos.
Uma vez que não a diferença significatica estatisticamente entre os espaçamento de
reforço de vigas passa-se a verificação de uma segunda análise individual entre os
grupos. No qual obteve um acréscimo de deslocamento adequado para as vigas do
grupo VGR 100, que atingiu em média 8,33% em relação as vigas referência. Nas
vigas do grupo VRG 175 obteve uma média de 41,78% de acréscimo de
deslocamento, porém no grupo VGR 400 obteve uma perda de ductibilidade de
13,33%. Um possível indicativo para estes resultados está relacionado com a
quantidade e o posicionamento das chapas de pultrudado. Nas vigas do grupos
VGR 100 obteve um acréscimo de deslocamento devido a quantidade de reforço
que visa proporcionar que a região reforçada fique mais resistente porém menos
deformável. Nas viga do grupo VGR 175 a média de deslocamento foi mais
elevado, uma possível análise é de que a quantidade de material não deixa a viga
romper bruscamente e permite um maior deslocamento em virtude do fato que o
reforço que está posicionado na fissura, estabilizou-se, e ocasionou um aumento de
ductibilidade nas vigas, retardando a ruptura por cisalhamento. Conforme análise de
Menon (2008) este comportamento de incremento de ductibilidade é comum. E nas
vigas do grupo VGR 400 o reforço não sobrepos nenhuma fissura, torna mais
provável a ruptura brusca da viga e com o deslocamento abaixo do limite máximo
por norma.
3.3 ANÁLISES DE TENSÕES NA PLACA DE PULTRUDADO E NA VIGA DE
CONCRETO ARMADO COM O USO DE STRAIN GAGES.
O uso do strain gages foi conduzido com o objetivo de um melhor estudo de
deformações na estrutura. A Figura 14 demonstra os strain gages já posicionados
nas vigas.
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Figura 14 – Posicionamento dos strain gages nas vigas dos grupos VGR 100, VGR 175 e VGR 400. VGR 100 VGR 175 VGR 400
Fonte: Autor,2017
O esquema de tensões atuantes na viga e no pultrudado está ilustrado na Figura 15,
as placas de reforço sofrem esforços de tração, e a viga de concreto armado sofrem
esforços de compressão. Para um desempenho adequado do reforço, este se dá
quando está sujeito a tração proporcionando a resistência do esforço de
compressão, pelo concreto.
Figura 15 – Esquema de tensões na estrutura.
VGR 100
VGR 175
VGR 400
Fonte: Autor,2017
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Mediante os diferentes espaçamentos de reforços, consta-se na Figura 15 que a
posição do strain gages foi um detector de possíveis conclusões, visto que quanto
mais próximo está a placa de reforço da carga aplicada, mas ela está sujeita a
esforços. A Figura 16 demonstra os gráficos que apresentam a análise de tensões
para o strain gages posicionados nas vigas e na chapa de pultrudado.
Figura 16 – Esquema de tensões na estrutura.
VGR 100
VGR 175
VGR 400
Fonte: Autor,2017
Com base na Figura 16 todos os grupos de vigas obtiveram um comportamento
distinto, e que, um possível indício para este dado é o espaçamento dos reforços. As
vigas do grupo VGR 100 obtiveram um valor de tração na chapa de pultrudado
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repassando os esforços para a viga que reagia com esforços de compressão. Nas
vigas do grupo VGR 175 a tensão de tração do pultrudado foi viável apenas a uma
determinada carga, pois a tração da chapa não repassou a compressão para o
concreto, onde não foi competente em relação ao grupo VGR 100. Para o grupo das
vigas VGR 400 a tensão na viga e a tensão no reforço se comportarem similares,
ambas com tensões de compressão apresentando uma perda de carga e
deslocamento para este grupo de viga. A posição do reforço também se fez presente
em relação às tensões na placa, pois quanto mais próximo da carga a chapa de
pultrudado se encontra, mais tensões de tração atuava, como já dito anteriormente.
4. CONCLUSÕES
As rupturas das vigas referência ocorreram de forma brusca e com fissuras de
flexão e cisalhamento, contudo a ruptura por cisalhamento foi predominante
resultado de esforço cortante.
O ensaio das vigas de referência foi fundamental para obtenção da aplicação
de carga no restante das vigas.
O reforço com as chapas de pultrudado foi satisfatório uma vez que o
incremento de carga foi positivo em dois grupos de vigas a VGR 100 e as
vigas do grupo VGR 175.
Em termos de acréscimo de carga as vigas do grupo VGR 100 em média, foi
a que apresentou um melhor resultado com 17,70%, contudo as vigas do
grupo VGR 175 obtiveram resultados muito próximos, apresentando um
acréscimo médio de 17,22%. Entretanto estatisticamente, através da análise
(ANOVA) apresentou que todos os grupos são estatisticamente iguais.
As vigas do grupo VGR 400 foram as que obtiveram uma perda de carga de
10,61%.
Com relação ao deslocamento vertical, as vigas do grupo VGR 175
apresentaram melhor resultado, com 41,78% de acréscimo, ocasionando um
aumento de ductilidade nas vigas.
A ruptura das vigas reforçadas ocorreu em geral por cisalhamento, contudo
deve-se levar em consideração que as vigas do grupo VGR 175, duas delas,
romperam por flexão, acarretando em um período maior de aviso antes da
ruptura da viga, característica deste modo de ruptura.
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O adesivo utilizado se mostrou de grande eficiência, ocorrendo descolamento
de apenas uma chapa.
A análise dos strain gages nas vigas e nas chapas de pultrudado foi de
extrema importância para entendimento dos esforços atuante na estrutura,
obteve um melhor desempenho em acréscimo de carga para as vigas do
grupo VGR 100, contudo em relação à ductibilidade das vigas, o grupo VGR
175 obteve um melhor desempenho.
5. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Utilizar o reforço com apenas uma chapa de pultrudado em toda a região
cisalhante, para estabilizar a fissura de cisalhamento na viga;
Reforçar com as vigas sãs e verificar o aumento de resistência na estrutura;
A análise do material pultrudado para reforço de flexão em vigas de concreto
armado;
Aplicação do reforço a 45º com espaçamentos distintos na área cisalhante,
verificando seu desempenho;
Analise com o strain gages em todas as placas, para verificar qual placa tem
mais significância em relação ao conjunto de reforço.
6. REFERÊNCIAS
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MENEGHETI, Leila Cristina. Análise do comportamento à fadiga de vigas de concreto armado reforçadas PRF de vidro, carbono e aramida. Porto Alegre, 2007. 275p.
MENON, Nara Villanova . Estudo experimental de sistemas de reforço ao cisalhamento em vigas de concreto armado utilizando-se polímero reforçado com fibras de carbono (PRFC). Florianópolis, 2008. 295p.
MOHAMAD, Gihad. CONSTRUÇÕES E, ALVENARIA ESTRUTURAL: Materiais, projeto e desempenho. Editora Blucher São Paulo, 2015. 368p.
PALIGA, Charlei Marcelo; CAMPOS FILHO, Américo; REAL, Maurode Vasconcellos. Confiabilidade estrutural de vigas de concreto armado danificadas e recuperadas com lâminas de PRFC. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Civil, Ufrgs, Porto Alegre, 2008 58 p.
PIERIN, Igor. Estudo de estabilidade de perfis pultrudados de materiais PRFV. Florianópolis, 2005. 162p.
RAFAEL DE SOUSA LEAL MARTINS MOURA (Brasilia). CATÁLOGO DE INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL. Brasilia Df, 2016. 140 p
REIS, Lília Silveira Noqueria. Sobre a recuperação e reforço de estruturas de concreto armado. Belo Horizonte, 2001. 112p.
ZUCCHI, Fernando Luiz. Técnicas para o reforço de elementos estruturais. Santa Maria, 2015. 14p.