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PARTE I

Módulo “Materiais Compósitos Reforçados com Fibras (FRP)” integrado na disciplina "Materiais

Estruturais" do Mestrado em Estruturas de Engenharia Civil, FEUP.

Por

Luis Filipe Pereira Juvandes

António Torres Marques

Joaquim Azevedo Figueiras

AD.3 Luis Juvandes, António T. Marques e Joaquim A. Figueiras, "Materiais Compósitos no Reforço de Estruturas

de Betão", Partes I, II e III, publicação de apoio às disciplina "Materiais Estruturais" e “Reabilitação e

Reforço de Estruturas” do curso de Mestrado em Estruturas de Engenharia Civil, Dep. de Eng. Civil

(DECivil), Fac. de Engenharia da U.P (FEUP).

MATERIAIS COMPÓSITOS

NO REFORÇO DE

ESTRUTURAS DE BETÃO

*

COMPOSITE MATERIALS

FOR STRENGTHENING

CONCRETE STRUCTURES *

Luis Juvandes (*)

António T. Marques (**)

Joaquim A. Figueiras (***)

(*) Assistente da FEUP

(**) Professor Associado da FEUP

(***) Professor Catedrático da FEUP

RELATÓRIO, Março de 1996

FACULDADE DE ENGENHARIA DO PORTO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL - DECivil Rua dos Bragas 4099 PORTO CODEX PORTUGAL

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Luis Juvandes; António Marques; Joaquim Figueiras Materiais Compósitos no Reforço de Estruturas de Betão

AGRADECIMENTOS

Agradece-se o apoio prestado pelos Projectos do Programa PRAXIS XXI "Modelos de

Comportamento e de Dimensionamento de Estruturas" Nº PRAXIS/2/2.1/CEG/33/94 e do

Programa PRODEP Doutoramento - Concurso nº 4/95 para o desenvolvimento deste trabalho.

.

Copyright 1996 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Rua dos Bragas, 4099 Porto Codex Portugal

Todos os direitos reservados, incluindo os direitos de reprodução e uso sob qualquer forma ou meio, nomeadamente, reprodução em cópia ou oral, sem a expressa autorização dos autores, estão sujeitos ao estabelecido na Lei dos Direitos de Propriedade.


i

ÍNDICE GERAL

Materiais Compósitos no Reforço de Estruturas de Betão

Índice Geral i Resumo ii 1. Aspectos Gerais na Indústria da Construção Civil 1 2. Materiais Compósitos Reforçados Com Fibras 4 2.1. Introdução 4 2.2. Composição 6 2.3. Técnicas de Fabrico 17 2.4. Formas Gerais 21 3. Compósitos na Construção Civil 23 3.1. Análise Geral 23 3.2. Aplicações em Estruturas 27 3.2.1 Agressividade do Meio 27 3.2.2 Presença de Campos Electro-Magnéticos 29 3.2.3 Reforço e/ou Reabilitação de Elementos Estruturais 30 3.2.4 Valor Elevado da Razão Resistência/Peso 33 3.2.5 Cabos 34 3.2.6 Varões Compósitos 37 3.2.7 Elementos Decorativos 39 4. Reforço de Estruturas de Betão 41 4.1. Comportamento dos Novos Produtos 42 4.2. Comportamento das Estruturas de Betão 57 4.2.1 Betão Armado 57 4.2.1 Betão Pré-esforçado 63 5. Análise e Dimensionamento de Estruturas de Betão Reforçadas 66 5.1 Técnicas 66 5.2 Normalização 76 5.3 Observação de Estruturas 79 6. Referências 81 7. Anexos A, B, C e D 87


ii

RESUMO

No presente relatório técnico é efectuada uma revisão dos conhecimentos actuais no domínio do reforço de estruturas de betão com a utilização de materias compósitos. Enquadra-se no desenvolvimento de um projecto de doutoramento que tem em vista discutir e desenvolver a tecnologia de aplicação dos novos materiais compósitos com fibras, no reforço e reabilitação de estruturas de betão. Serão desenvolvidos modelos de análise e de dimensionamento de estruturas de betão com este tipo de reforços não metálicos.

De modo a permitir uma investigação mais consistente das fases posteriores de formulação numérica e análise experimental, este trabalho sumariza a caracterização dos produtos compósitos, descreve os vários campos de aplicação na construção civil, o comportamento dos novos materiais em estruturas de betão e, por último, avalia as técnicas de análise e dimensionamento disponíveis para estas circunstâncias.

A estrutura deste relatório consta de sete capítulos. Depois de um capítulo introdutório, onde são mencionados alguns factos que conduzem à procura de materiais alternativos para a indústria da construção civil, o segundo capítulo aborda a caracterização em termos de composição, técnicas de fabrico e formas gerais dos compósitos reforçados com fibras, designados pela sigla “FRP”. A importância que os compósitos têm vindo a assumir na engenharia civil, em aplicações bem sucedidas, é descrita no terceiro capítulo, destacando-se como principais frentes de trabalho o Japão, a América do Norte e a Europa. No quarto capítulo são sumarizados as principais iniciativas de investigação realizadas com vista à normalização de critérios para a aferição das principais propriedades dos produtos de “FRP”, como também, à clarificação sobre o comportamento destes no seio das aplicações em reforços de elementos de betão. As técnicas e os critérios de análise e dimensionamento adoptados actualmente neste âmbito, bem como a preocupação em estabelecer critérios normalizados, regulamentos específicos de projecto e técnicas de observação de estruturas, são avaliados ao longo do quinto capítulo. Por fim, o sexto capítulo indica as referências incluídas ao longo do relatório e, em anexo no último capítulo, são compiladas situações concretas investigadas por vários autores, evidenciando-se os benefícios e as dificuldades na aplicação destes novos materiais.

MATERIAIS COMPÓSITOS NO REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO

1. ASPECTOS GERAIS NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL

A indústria da Construção Civil tem, ao longo da sua história, aplicado materiais e

desenvolvido técnicas que, inicialmente, foram propostos e utilizados em outros sectores

específicos onde a disponibilidade para o financiamento da investigação e da experimentação

tem sido mais relevante.

Desde 1940, que os materiais compósitos têm desempenhado papéis estruturais

importantes no campo das engenharias militar, aeroespacial, náutica e automobilística. Devido

ao seu êxito, despertaram, posteriormente, o interesse da engenharia civil em os aplicar,

nomeadamente, sob a forma de produtos Compósitos Reforçados com Fibras de sigla FRP,

empregues como armaduras não metálicas.

Frequentemente, é necessário ampliar a capacidade portante de uma estrutura de betão

armado em determinado momento da sua existência, devido à alteração da função principal de

utilização, a erros ou acidentes cometidos na execução da obra e ao aumento da acção

actuante por eliminação pontual de elementos estruturais. Nestes casos, a técnica de reforço

estrutural tem ficado limitada aos sistemas tradicionais, por aplicação de pré-esforço exterior

ou por colagem de chapas metálicas com resinas de epóxido nas zonas traccionadas. Estes

sistemas, contudo, podem criar dificuldades técnicas que, no primeiro caso, consistem no

estabelecimento dos sistemas de ancoragem e na necessidade de evitar a corrosão dos cabos.

Na segunda hipótese, deve haver uma preocupação permanente em evitar a corrosão das

chapas, na medida em que põe em perigo o sistema de colagem.

O projectista é confrontado, em algumas circunstâncias, com condicionantes de projecto

que limitam profundamente a solução estrutural e a natureza dos materiais a eleger. Incluem-


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se, neste âmbito, os reservatórios e os sistemas fabris onde predomina a agressividade do meio

em termos de corrosão dos materiais. Outros casos há, em que se pretende construir edifícios

destinados a equipamentos muitos sensíveis, como por exemplo computadores ou aparelhos

emissores/receptores sob o ponto de vista electromagnético. Deste modo, a simples utilização

dos materiais tradicionais em elementos estruturais, mais uma vez, pode pôr em causa a

durabilidade estrutural ou a funcionalidade da edificação.

Actualmente, os melhoramentos a nível tecnológico aliados à implementação do controlo

de qualidade do projecto e do processamento em obra, estimulam, nos engenheiros

projectistas, a ambição em abranger estruturas mais arrojadas. Em contrapartida, debatem-se

com algumas dificuldades na compatibilização dos materiais correntes com os modelos de

cálculo disponíveis para a realização dos seus propósitos. A abordagem de uma estrutura

espacial mais complexa pode tornar-se num obstáculo à elaboração de um projecto, segundo

as técnicas correntes do betão armado e pré-esforçado, devido ao peso próprio excessivo, à

dificuldade em vencer grandes vãos, à garantia das ligações e, por fim, à morosidade do

sistema construtivo.

As estruturas de betão estão, diversas vezes, sujeitas a cargas consecutivas e a agentes

agressivos que, por acções fisica e química, podem proporcionar a fragilização mecânica das

estruturas durante o seu período de vida, comprometendo a sua durabilidade. Assim, devem

ser previstos no projecto materiais com as características mais adequadas às condições de

utilização dessas estruturas, bem como planos de manutenção para a obra, de forma a garantir

a longevidade desejada. A reduzida durabilidade dos tabuleiros de pontes de betão armado

e/ou pré-esforçado tem conduzido a custos directos e indirectos (perturbações de tráfego)

consideráveis perante a necessidade de manutenção e de reabilitação dos mesmos. Em

inúmeros casos, torna-se imperativo a necessidade de se ajustar novas técnicas à reabilitação e

ao reforço de estruturas. Por exemplo, nos EUA, verificou-se ser necessário substituir um

número considerável de tabuleiros deteriorados (250.000 dos 578.000 existentes), com custos

avaliados no dobro dos iniciais (Faza et al., 1994; Peshkam et al, 1995). Por seu turno, no


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Reino Unido, os custos de reparação de cerca de 165.000 pontes, a realizar entre 1988 e 1999,

foram estimados em 1,25 biliões de libras por Weaver (1995)

Na sequência dos factos mencionados, conclui-se que os materiais tradicionais começam a

manifestar-se inadequados em determinadas situações, devendo ser encontradas alternativas.

Desse modo, nesta última década, tem havido grande esforço na procura de materiais com

características apropriadas aos novos projectos de engenharia, visto ser cada vez mais urgente

a aplicação de materiais muito resistentes, duráveis, pouco deformáveis e capazes de absorver

e dissipar energia, sem ocorrência de rotura frágil (Brito, 1986).

Nesta conjuntura, tem-se assistido ao grande desenvolvimento dos materiais compósitos,

utilizados inicialmente nos campos militar e aeronáutico, e posteriormente alargados à

generalidade das indústrias. Quando as propriedades destes materiais são convenientemente

ajustados às estruturas de betão, sobretudo, através da garantia de uma adequada ligação ao

betão, pela compatibilidade de deformações e da perfeita conjugação química entre eles,

permitem a concepção de estruturas mais leves, mais resistentes e com menores conteúdos

energéticos globais.


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2. MATERIAS COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS

2.1 - Introdução

No século XX, a investigação na área da ciência dos materiais proporcionou aos

engenheiros uma certa curiosidade na linha de orientação dos novos materiais destacando-se

com êxito, os compósitos. O objectivo é abordar materiais com comportamento mais eficiente

nas aplicações específicas de engenharia, de modo a colmatar as lacunas surgidas com a

utilização dos materiais tradicionais.

Resultando de um princípio de heterogeneidade, os materiais compósitos são constituídos

essencialmente por duas fases. Uma delas apresenta grande resistência, elevado módulo de

elasticidade e tem a forma de filamentos de pequeno diâmetro - AS FIBRAS. A outra fase é

macia e tem características sinergéticas - A MATRIZ. Esta última, sendo relativamente dúctil,

envolve completamente a primeira fase, permitindo boa transferência de tensões entre as

fibras interlaminares e no plano (conceito de sinergia).

Da conjugação destas duas fases nasce a verdadeira força geradora da família dos

COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS e as suas relevantes propriedades mecânicas,

físicas e químicas quando comparados com os homólogos tradicionais. Embora o

comportamento global de um compósito esteja condicionado pelo critério de composição,

pelo processo de fabrico e pelos objectivos estruturais na fase de utilização, apresenta

propriedades potenciais de interesse para a engenharia como as elevadas resistência e rigidez,

o seu baixo peso específico, a excelente resistência à agressividade ambiental, bem como a

possibilidade em admitir propriedades direccionais a nível estrutural, eléctrico e magnético,

variáveis de acordo com a conveniência (Hull, 1981).


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Os compósitos (ou polímeros) reforçados apresentam, hoje, uma variedade já significativa

de produtos, sendo admissível estabelecer dois grupos distintos subjacentes à natureza

termoendurecível ou termoplástica da sua matriz. Um polímero designa-se termoendurecível

quando, curado pela acção de calor ou do tratamento químico, se transforma num produto

substancialmente infusível e insolúvel, com uma estrutura molecular tridimensional

complexa. Por outro lado, um polímero é termoplástico quando pode tornar-se, repetidamente,

num produto plástico quando aquecido e num produto rígido quando arrefecido, para além de

possuir uma estrutura molecular disposta segundo uma forma linear (Malek e Saadatmanesh,

1996).

Desde 1940, que os materiais compósitos têm desempenhado papéis estruturais

importantes no campo das engenharias militar, aeroespacial, náutica e automobilística. Perante

tais performances, despertaram, mais tarde, a curiosidade da engenharia civil através de

aplicações com êxito, tanto em elementos secundários como, mais recentemente, no reforço

e/ou reabilitação de elementos estruturais principais, para além da sua intervenção noutras

situações pontuais. Sendo o domínio privilegiado do presente trabalho de investigação, as

aplicações no campo da indústria da construção civil, constata-se que, a nível mundial, este

assunto despertou frentes de trabalho com algumas conotações geográficas peculiares.

Concretamente, destacam-se três potenciais frentes de trabalho: o JAPÃO interessado na pré-

fabricação e no pré-esforço por pré-tensão; a AMÉRICA DO NORTE motivada nas soluções

de problemas de durabilidade e a EUROPA preocupada com a necessidade de preservar o

património histórico.

Não obstante existirem outros sectores de investigação na linha geral dos compósitos, no

campo da engenharia civil, para se distinguir a técnica dos betões de elevado desempenho com

fibras curtas da técnica de uso dos compósitos reforçados com fibras, a literatura

internacional passou a designar os últimos pela sigla FRP, "Fiber Reinforced Plastic

(Polymer)". Esta família é utilizada no reforço e/ou reabilitação de estruturas da construção

civil com vantagens únicas, cuja designação em língua portuguesa é de Plásticos Reforçados


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com Fibras. Já que não serão tratados quaisquer outros materiais ao longo deste trabalho,

referir-se-ão estes compósitos sempre pela sigla FRP por comodidade de exposição.

Para enquadrar melhor os compósitos de FRP em termos da avaliação das propriedades e

potencialidades, e da definição dos limites de aplicação no sector da construção, procede-se

seguidamente a uma descrição resumida da composição, das técnicas de fabrico e da forma

geral dos plásticos reforçados com fibras. Estes temas encontram-se adequadamente

desenvolvidos em publicações de investigadores, como Nanni et al. (1993), Bakis (1993) e

Bank (1993).

2.2 - Composição

Geralmente, na produção dos compósitos de FRP estão presentes, como constituintes

principais, as fibras de reforço orgânicas ou inorgânicas, a resina termo endurecível e as

cargas de enchimento inorgânicas designadas por "fillers". Para constituintes secundários,

estes materiais recorrem a aditivos e a outros produtos, como por exemplo, os agentes

catalizadores, os promotores ou os aceleradores, referidos em "Introduction to Composites"

(1992) e "Modern Plastics Encyclopedia'92" (1991).

O comportamento final de um compósito de FRP é acentuadamente dependente dos

materiais que o constituem, da disposição das fibras principais de reforço e da interacção entre

os referidos materiais. Os factores intervenientes nesse comportamento são: a orientação, o

comprimento, a forma e a composição das fibras, as propriedades mecânicas da resina da

matriz, assim como a adesão ou ligação entre as fibras e a matriz (ACI,1993)

Desse modo, nesta secção, faz-se um levantamento dos conceitos fundamentais na área da

composição destes materiais, proporcionando uma familiarização com a gama de constituintes

e produtos derivados existentes no mercado, na última década.


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Fibras

Nestes materiais, as fibras representam as componentes de resistência e rigidez do

compósito justificando, assim, a existência de um critério de selecção das mesmas, função de

parâmetros como o tipo de fibra disponível (composição química), o seu grau de

concentração, o seu comprimento (curtas ou longas) e a forma como elas se dispõem no seio

da matriz. Desta última, conclui-se que a resistência à tracção e o respectivo módulo de

elaticidade são máximos para a direcção principal das fibras e reduzem progressivamente de

valor, quando o ângulo em análise se afasta daquela direcção.

A "American Society for Testing Materials - ASTM, Committee D30," define fibras como

materiais alongados com dimensão na razão de, pelo menos, 10/1, com uma secção

transversal de 5x10-2 mm2 e espessura máxima de 0.25 mm (Malek e Saadatmanesh, 1996).

As fibras exibem um comportamento elástico, sem presença de tensão de cedência e de

deformação plástica, como apresentam os metais. A figura 1 mostra o comportamento

característico referido para as fibras. Devido à natureza heterogénea da ligação fibra/matriz

plástica no compósito, é possivel formar mecanismos com grande absorção de energia numa

escala reduzida de deformações.

Figura 1 - Relação tensão - extensão característica de algumas fibras


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De um modo geral, estes filamentos de configuração contínua (fibras longas) despertam o

interesse dos técnicos devido às propriedades comuns de rigidez, tenacidade e resistência a

ambientes agressivos, embora com limites potenciais distintos entre si como consequência

imediata da sua constituição cristalográfica e técnica de processamento.

As principais fibras comercializadas em aplicações de engenharia civil, incluindo os betões

de elevado desempenho com fibras curtas não metálicas, são o vidro, o carbono e a poliamide

aromática (aramida ou Kevlar).

(i) - Vidro

Comercialmente as fibras de vidro-E (Calcium aluminoborosilicate), designação para o

tipo mais usado no reforço dos compósitos, são processadas por estiramento a alta velocidade

de componentes de vidro fundido, através de orifícios com diâmetro entre 0,79 mm a 3,18

mm. Os varões resultantes são estirados para filamentos contínuos com diâmetro

compreendido entre 3 µm a 20 µm e sofrem, à saída, um tratamento de superfície polivalente.

Na indústria dos compósitos existem, além desse, outros tipos como o vidro-S, o vidro-R e,

em menor quantidade, o vidro-C. Este segundo conjunto de fibras possui melhores

propriedades mecânicas do que o vidro-E, porém, apenas se utiliza em tecnologia de ponta,

atendendo ao seu custo mais elevado.

Aos plásticos reforçados com fibras de vidro é frequente denominarem-se

internacionalmente pela sigla GFRP, "Glass Fiber Reinforced Plastic". Estas apresentam

propriedades específicas, algumas delas expostas para o vidro-E no Quadro 1 proposto por

Bakis (1993), que permitem concluir, como principais vantagens, a elevada resistência à

tracção, as excelentes características de isolamento e o seu baixo custo. Em 1996, o preço

comercial das fibras de vidro é de 450$/kg para o fio, de 600$/kg para o tecido e de 700$/kg

para a manta (Rebelco, Decatlo, Maikiprel, Matexplas).


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Quadro 1 - Propriedades principais de algumas fibras em cordão (Nanni et al. 1993)

Propriedades Carbono

m.e. elevado (Pitch)

Carbono m.e.

intermédio(PAN)

Carbono m.e. baixo

(PAN)

Aramida Polietileno UHMW

Vidro-E Quartzo

Resistência à tracção (GPa) 2.4 (a) 2.9 (a) 5.7 (a) 2.8-4.1(a) 2.6-3.0 (b) 1.9 (a) 3.7 (a)

Mod. de elasticidade

(GPa) 830 390 290 80-190 120-170 72 74-80

Deformação na rotura (%) 0.3 0.7 1.8 2.0-4.0 2.7-3.5 4.8 NQ

Peso específico (kN/m3) 21.6 17.6 17.6 13.7-14.7 9.8 25.5 21.6

Diâmetro (µm) 10 6.5 5.1 12 27-38 3-20 7-14

Coef.Dilatação Térmica

Longitudinal (x10-6/°C)

-1.45 -1.13 -.75 -2.0 ≅ -10 4.8-5.4 0.4-0.54

Constante Dielectrica (@1MHz)

NQ NQ NQ 4.0 NQ 6.3-6.8 3.4

Resistividade (µΩ−m)

2.2 9.5 15 NQ NQ 402x1018 1x1020

m.e. – módulo de elasticidade. CDT – não quantificado. CDT - coeficiente dilatação térmica. (a) - baseado em cordões impregnados. (b) - baseado em cordões não impregnados.

Em contrapartida, estas apresentam, comparativamente com as outras fibras elevado peso

específico, baixos módulos de elasticidades e de resistência relativamente às cargas

permanentes e aos efeitos cíclicos, assim como maior sensibilidade à humidade, a agentes

alcalinos e abrasivos.

Informações mais detalhadas sobre as fibras de vidro podem ser encontradas em referências

como Aslanova (1985), Bakis (1993) e outras.


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(ii) - Carbono

Tem havido um interesse crescente na utilização de compósitos reforçados com fibras de

carbono, para o melhoramento estrutural de elementos de betão, porque exibem maior rigidez

para além de outras qualidades estruturais desejáveis à engenharia. Estas são obtidas, segundo

as etapas seguintes: aquecimento na ordem dos 300°C das fibras ao ar, para estabilizar o

percursor que controla a fusão; carbonização por tratamento de igual modo a quente (350-

1600°C) numa atmosfera inerte, com o objectivo de eliminar elementos que não são o

carbono; grafitizar parcialmente as fibras à temperatura até os 3000°C, para implementar uma

micro-estrutura responsável pela melhoria de propriedades como a resistência e a rigidez.

As fibras de carbono são produzidas com dìâmetros da ordem de 4µm a 10 µm, para elevar

a resistência à tracção e podem classificar-se em função do seu módulo de elasticidade, como

consta do Quadro 1 já referido. Dependendo da natureza do percursor, a comercialização

internacional estabeleceu até hoje três tipos de fibras, com a designação de rayon, PAN

(Poliacrilonitril) e fibras de pitch (derivado do petróleo destilado). Estas, por sua vez, podem

constituir dois tipos: o carbono de elevado módulo de elasticidade (Tipo I) e o carbono de

elevada resistência (Tipo II).

As principais vantagens em recorrer a fibras de carbono traduzem-se nos valores elevados

das razões rigidez/peso específico e resistência/peso específico, nos valores baixos do

coeficiente de dilatação térmica quer longitudinal quer transversalmente, na reduzida

sensibilidade à fadiga e nas excelentes resistências química e à humidade. Contudo, as

mesmas fibras têm como principal inconveniente, o valor baixo de resistência a acções de

impacto manifestada pelo sua baixa deformação na rotura e eventualmente, conforme a

circunstância da aplicação, poder tratar-se de um material bom condutor térmico e eléctrico.

Outros factos de interesse sobre as fibras de carbono estão referidos em Donnet e Bansal

(1984), Deifendorf (1987) e ACI (1993), onde é comum utilizar a sigla CFRP, "Carbon Fiber

Reinforced Plastic", para designar os produtos em plástico reforçado com fibras de carbono. A


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título informativo, o preço médio comercial das fibras de carbono em 1996 oscila entre

3.200$/m2 a 4.500$/m2 (tecido), em estruturas industriais comuns (Rebelco, Decatlo).

(iii) - Poliamida Aromática (Aramida)

"Aramid" é a denominação genérica das fibras orgânicas de poliamida aromática (Poly

Para-phenyleneterephthalamide). Elas foram introduzidas comercialmente, pela primeira vez,

por Du Pont no ano de 1965 e mais tarde no princípio dos anos 70, foram utilizadas nos

compósitos reforçados com fibras, com a designação de Kevlar.

O processamento das fibras de aramida é realizado por cisalhamento de um polímero em

solução cristalina líquida, com moléculas orientadas parcialmente. Resultam, desse modo,

fibras cujas moléculas rígidas são alinhadas segundo o eixo da fibra de menor complexidade,

o que proporciona propriedades mecânicas vantajosas, concretamente, elevadas resistência e

módulo de elasticidade (Quadro 1). Distinguem-se, ainda, aspectos como o baixo peso

específico das fibras, a elevada resistência à tracção e a excelente tenacidade, a qual, contribui

com bons resultados em situações de acções de choque, como a balística.

Como principais desvantagens são de referir: os custos elevados de produção que podem

oscilar entre 2.800$/m2 em aplicações simples de tecido e valores 10 vezes superiores em

situações complexas; as baixas propriedades à flexão e à compressão, em consequência da

microestrutura fibrilar das fibras; o aumento da fluência devido à interacção da água com as

moléculas e com a cristalografia estrutural das fibras de aramida, quando expostas à

humidade; a degradação das fibras provocada por radiações ultra-violetas.

Os aspectos mencionados anteriormente não esgotam as informações sobre este tipo de

fibras. Indicam-se, em seguida, alguns autores como Pigliacampi (1987), Gerritse (1990),

Kakihara et al. (1991) e "Modern Plastic - Encyclopedia Handbook" (1994), para literatura

mais detalhada sobre esta matéria.


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(iv) - Outras fibras

No contexto da utilização dos compósitos reforçados com fibras não metálicas possíveis

para aplicações na indústria da construção civil são, igualmente, de salientar as fibras

derivadas do polietileno (UHMW - Ultra High Molecular Weight) , as fibras de alcoól

polivinílico (PVA) e os reforços designados por híbridos constituídos por associações das

fibras anteriormente indicadas (Ward, 1985; Kunugi et al., 1990).

As associações híbridas podem resultar de combinações de fibras de alta performance

segundo lâminas e arranjos unidirecionais, estabelecendo produtos com propriedades

moldadas e custos aceitáveis.

Matriz

Conclui-se, dos aspectos anteriormente descritos, que a fase designada por matriz nos

compósitos FRP, tem como funções principais aglutinar as fibras de reforço e protegê-las de

agressões físicas e químicas actuantes no meio, bem como, impôr determinadas propriedades

desejáveis ao produto compósito final.

Desta forma, a selecção dos elementos constituintes de uma matriz é condicionada por

alguns princípios comuns :

1- Do ponto de vista das principais propriedades desejáveis para a matriz, é necessário ter

presente factores como a resistência, a rigidez, a tenacidade à fractura, as condutividades

térmica e eléctrica, a máxima temperatura de utilização, a resistência ao fogo, a

sensibilidade à humidade, à exposição ultra-violeta e à agressividade química;

2- Do ponto de vista do processo de fabrico, são, não menos importantes, os aspectos como a

desordem relativa da retracção ou expansão entre as fibras e a matriz durante o fabrico, e a

temperatura atingida no processamento do compósito.


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A variedade de matrizes é, hoje, muito numerosa. Estas podem agrupar-se em

termoplásticas e termoendurecíveis das quais, as primeiras, são menos representativas para as

aplicações em questão excepto em configurações mais recentes com pré-impregnados. As

segundas, em contrapartida, representam a matriz ideal para a confecção dos FRP porque

proporcionam boa estabilidade térmica, boa resistência química e baixa fluência em relação às

primeiras.

Em seguida descreve-se de um modo simples e resumido, algumas informações sobre os

principais constituintes (resina, aditivos e cargas de enchimento) de uma matriz plástica,

aplicada ao domínio em análise.

(i) - Resinas

A resina é normalmente a componente mais representativa da fase matriz dos produtos

compósitos comercializados mais comuns. Não acontece o mesmo nos compósitos sob a

forma de varões e de cabos de FRP utilizados como armaduras de estruturas de betão, onde

essa componente pode oscilar entre 25% a 50% do peso global deste produto.

Como já foi referido, existem dois tipos de resinas comerciais actualmente: as

termoplásticas e as termoendurecíveis. A selecção de qualquer uma delas, para o fabrico do

material compósito, é condicionada pelo custo de produção, pelas propriedades pretendidas

para o material e, também, pelo sistema de cura mais adequado (viscosidade, ponto de fusão e

condições de cura).

Apesar de terem uma evolução comercial lenta, as resinas termoplásticas usadas em

sistemas pré-impregnadas de FRP oferecem alguns benefícios quer a nível de custos globais,

durante o período de vida útil do material (teoricamente infinito), quer a nível da sua

capacidade potencial. Com efeito, os custos da técnica de pré-impregnação são reduzidos uma

vez que é eliminado o tempo de aquecimento do pré-impregnado, apresenta ciclos curtos de

moldagem e porque, também, são diminutos a actividade do controlo de qualidade da

produção e o ciclo completo de processamento. Quanto ao comportamento, estas resinas


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apresentam melhor tenacidade, valor mais elevado da deformação na rotura e valor mais

adequado para a temperatura máxima de estabilidade da matriz do que as homólogas

termoendurecíveis. (Gosnell, 1988 e Rosenow, 1993). O principal obstáculo daquelas resinas

é a dificuldade em combinarem-se com as fibras contínuas, através de um sistema de

produção viável, devido ao grau elevado de viscosidade das mesmas. Como exemplos mais

comuns de resinas termoplásticas, podem referir-se a polieter-eter-cetona (PEEK), a

poliamidaimida (PAI) e a polieter sulfona (PES).

As resinas termoendurecíveis mais utilizadas em aplicações estruturais com compósitos

são, por ordem de importância, as seguintes: o poliester insaturado, o epóxido, o vinilester e

outras (fenólica, poliimida, etc.). A interpretação dos seus constituintes, o sistema de

produção, bem como, a indicação de outras variantes disponíveis no mercado não serão

motivo de descrição neste trabalho. No entanto, essas informações podem ser obtidas

consultando autores como Brito (1986), Bakis (1993), ACI (1993) e outros. Para melhor

interpretação do comportamento das resinas aqui referidas, discriminam-se, no Quadro 2

(Nanni et al.,1993), algumas propriedades mecânicas e físicas importantes na caracterização

da matriz plástica dos compósitos.

Quadro 2 - Propriedades mecânicas e físicas características de algumas resinas puras (não reforçadas)

Resinas

Propriedades Poliester Epóxido Vinilester BMI Poliimida PEEK

Resistência à tracçâo (MPa)

20 - 100 55 - 130 79 - 90 40 - 100 40 - 190 103

Mod. de elasticidade (GPa)

2.1 - 4.1 2.5 - 4.1 3 - 3.3 2.7 - 4.2 3 - 5 1.1

Deformação na rotura (%)

1-6 1 - 9 3.9 - 5.2 1.2 - 6.6 1 - 60 30 - 150

Resistência à flexão (MPa)

125 131 110-149 - - -

Peso específico (kN/m3)

9.8 - 14.2 10.8 - 12.7 10.9 - 12.9 11.8 12.7 - 13.7 12.7

Tg (°C) 100 - 140 50 - 260 119 - 280 220 - 320 210 - 340 144

CTE (µm/m/°C) 55 - 100 45 - 90 - 21 - 73 14 - 50 55

Tg - Temperatura de transição vítrea; CTE - Coeficiente de dilatação térmica


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De um modo geral, as resinas de poliester insaturado são as mais empregues e têm, como

principais vantagens, uma baixa viscosidade, um tempo de cura rápido, são estáveis

dimensionalmente e têm excelente resistência química. Entre outras, podem apresentar-se com

as variantes ortoftálica e isoftálica, cujo comportamento nesta última é a de um poliester de

melhor desempenho, com custos mais elevados do que a primeira. O principal inconveniente

destas resinas é a elevada retracção volumétrica durante o seu processamento, o que pode criar

tensões residuais internas.

As resinas de epóxido por seu lado, são conhecidas pela sua capacidade resistente a

esforços, à fluência e à agressividade química, pela forte ligação às fibras de reforço, pela boa

condutibilidade eléctrica, assim como, por apresentarem baixa retracção durante o

processamento da cura. Em contrapartida, possuem desvantagens como a produção onerosa, o

processamento cuidado para garantir resistência à humidade e o elevado tempo de cura. Estes

factores, geralmente, limitam a sua aplicação ao fabrico de sistemas compósitos com reforços

já pré-impregnados de fibras de elevado módulo de elasticidade.

As resinas de vinilester são utilizadas, essencialmente, em meios fortemente agressivos

(corrosão), por apresentarem melhores capacidades resistentes a acções químicas e a

temperaturas elevadas, do que as homólogas de poliester insaturado. Estas resinas são, além

disso, fáceis de trabalhar durante o seu processamento e adquirem valores mais altos para a

resiliência e mais baixos para a viscosidade, do que as anteriores. A sua principal

desvantagem, para além do custo significativo, apesar de inferior ao da resina de epóxido, é o

facto de possuirem uma elevada retracção volumétrica, durante o processamento da cura. No

entanto, muitos investigadores admitem tratar-se de uma aposta adequada, na aplicação em

reforços de betão com compósitos.

A título informativo sobre custos de comercialização, em 1996 as resinas de poliester, de

vinilester e epóxidos apresentam preços na ordem de 300$/430$/kg (Ortoftálica/Isoftálica), de

680$/kg e 1600$/kg, respectivamente (Rebelco, Decatlo, Maikiprel, Matexplas, Ciba-Geigy,

Silicem).


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A figura 2 ilustra o diagrama das curvas de tensão - deformação para os três sistemas de resinas, as quais tiveram uma cura a 80°C e durante cinco horas.

Figura 2 - Relação tensão - deformação de algumas resinas

Outros tipos de resina têm sido usadas em pequenas quantidades ou, mesmo, a título

experimental a nível da indústria dos plásticos reforçados. Apesar do seu grau reduzido de

investimento, hoje, poderão vir a tornar-se fortes concorrentes num futuro próximo, atendendo

ao considerável dinamismo manifestado neste domínio. Como exemplo, refiram-se as resinas

de poliimida e de bismalamida (BMI) indicadas no Quadro 2, cuja natureza pode ser do tipo

termoendurecível ou do tipo termoplástico.

(ii) - Aditivos e cargas de enchimento

A generalidade dos materiais compósitos, particularmente os reforçados com fibras,

recorrem ao uso de diversos aditivos, que modificam as propriedades da matriz (Edenbaum,

1992). Embora em pequenas quantidades, eles são suficientes para promoverem

melhoramentos ao nível de condições de processamento ou ao nível de propriedades

específicas da matriz. No primeiro caso, são de salientar situações como: a garantia de

superfícies de contacto peça/molde isentas de irregularidades; a garantia de cura homogénea

por meio de catalizadores e aceleradores; a facilidade a nível da desmoldagem dos produtos,


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além da possibilidade do controlo adequado da contracção da matriz durante a cura. No

sentido de obter o segundo caso de melhoramentos, podem indicar-se situações como: o ajuste

da matriz às condições ambientais (agressividade); o melhoramento das resistências ao fogo e

à radiação ultravioleta; a atribuição de um tipo de coloração pretendida.

As cargas de enchimento habitualmente designadas na literatura internacional por "fillers",

são produtos quimicamente inertes, que visam a redução de custos globais de um compósito.

Estes produtos podem atingir 20% (em peso) da proporção global da matriz e,

inevitavelmente, influenciar as propriedades desta, consoante o objectivo final do compósito

(Sekutowski, 1992).

Os "fillers", de um modo geral, reduzem o efeito de contracção na cura da matriz,

aumentam a viscosidade da resina e, particularmente, podem intervir na cinética das reacções

de reticulação baseadas em peróxidos. Além disso, aumentam a rigidez e melhoram o

comportamento térmico do material, diminuem as resistências mecânica e química da matriz,

mas, em contrapartida, melhoram a resistência ao desgaste.

2.3 - Técnicas de fabrico

Dos comentários feitos nas secções anteriores, conclui-se ser de extrema importância a

técnica de produção ou de fabrico dos plásticos reforçados com fibras, pelo facto de esta

condicionar as principais propriedades, a forma de utilização e o custo global do produto final.

É inevitável haver um compromisso entre as propriedades físicas do material e o seu

processamento, dentro da gama de métodos de fabrico disponíveis. Desse modo, quando

somos confrontados com a processabilidade e a qualidade final desejáveis para um

determinado sistema compósito em FRP, é indispensável ter presente aspectos como: matéria

prima a seleccionar; relação da proporção de combinação fibra/resina; definição da orientação

correcta para as fibras e respectiva compactação na matriz; selecção adequada do

processamento de cura, função das características da matriz (viscosidade, ponto de fusão).


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A classificação das diferentes técnicas de fabrico pode ser feita segundo vários pontos de

vista, cujo número tem sido cada vez maior, em consequência da versatilidade tecnológica

disponível hoje em dia (Barkis, 1993). Assim, no Quadro 3 faz-se um levantamento das

técnicas consideradas mais relevantes na produção dos compósitos de FRP mais utilizados na

indústria da construção civil. A abordagem neste quadro consiste, essencialmente, no campo

da matriz termoendurecível, apesar de também ser possível aplicar algumas das técnicas no

domínio da matriz termoplástica. Na figura 3 ilustra-se , de um modo esquemático, as técnicas

por enrolamento filamentar, por sistema de entrançado e por pultrusão.

Para além destas, há outras soluções aplicadas frequentemente na construção de peças de

grande porte, ou em casos em que é necessária a criação de descontinuidade estrutural. Essas

técnicas construtivas são especiais uma vez que combinam alguns dos sistemas de FRP

anteriormente fabricados, proporcionando soluções globais optimizadas. Incluem-se, nestes

casos, os chamados compósitos em sanduiche, formados por faces exteriores de plástico

reforçado e com o interior da alma em material flexível, assim como, as técnicas especiais de

execução de corte e de ligação entre partes de em compósito (Meade, 1987).

É importante salientar que, como consequência da natureza heterogénea e das propriedades

mecânicas exigidas no universo das aplicações possíveis destes novos materiais, torna-se

imprescindível investir em técnicas de inspecção de qualidade dos produtos finais, obtidos

pelos processos já referidos. As mais importantes são as técnicas de avaliação de avarias sem

alteração da funcionalidade do material (NDE-Non Destructive Evaluation), através de testes

não destrutivos (NDT-Non Destructive Testing) e de inspecções não destrutivas (NDI-Non

Destructive Inspection). Estas técnicas usam, correntemente, sistemas como a propagação de

ondas de tensão ultrasónicas, as radiografias por Raio X, a propagação de correntes parasitas e

ainda as medições térmicas (Pangborn, et al., 1991).


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Quadro 3 - Algumas técnicas de fabrico de sistemas compósitos

TÉCNICA DESCRIÇÃO OBSERVAÇÕES

Laminação manual (contact molding)

Colocação manual das fibras sobre matriz ajustada a um molde

Método corrente de qualidade variável

Moldação por projecção (spray molding)

As fibras e a matriz são projectadas sobre o molde Método rápido

Impregnação por vácuo (vacuum bag molding)

O vácuo proporciona a boa impregnação e pressuriza o laminado

Produção de laminados de elevada qualidade

Prensagem a frio (cold press molding)

Consolidação do laminado por pressão exterior de um fluido

Moldação de boa qualidade com baixos custos

Autoclave (autoclave molding)

Pressurização de vários componentes a pressões elevadas

Técnica versátil para um amplo leque de compósitos

Moldação por injecção de resina(resin transfer molding)

Impregnação sob pressão da distribuição de fibras num molde fechado

Produtos com elevada qualidade e forma diversa, a custos competitivos

Moldação por centrifugação (centrifugal casting)

Projecção de fibra e resina por centrifugação contra o molde

Produtos com simetria de revolução e com variantes reduzidas

Enrolamento filamentar (filament winding) Enrolamento controlado de fio

contínuo impregnado

A direcção da fibra pode ser projectada segundo a orientaçao desejada e permite produção contínua

Pultrusão (pultrusion) Fios contínuos embebidos em resina que passam pelo interior de uma fieira aquecida

Processo eficiente para produção contínua em larga escala de compósitos padrão

Sistemas entrelaçados (braiding) Impregnação de fios contínuos entrelaçados formando uma película Melhores capacidades ao impacto

do que os produtos unidirecionais

Moldação por compressão (hot matched die molding)

Geralmente usa ou não a compressão de pré-impregnados com cargas de enchimento: exemplos o SMC e o BMC (a)

Boa reprodutividade e grande diversidade de formas de produção

Laminação contínua (continuous laminating)

Construção de placas planas ou onduladas por calandragem de um reforço pintado com resina e com passagem eventual por um molde de perfilagem

Económico para sistemas de produção em larga escala

(a) - as siglas representam: SMC - Sheet Moulding Compounds; BMC - Bulk Moulding Compounds


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Enrolamento filamentar

Sistema de entrançado

Pultrusão

Figura 3 - Algumas esquemas de técnicas de fabrico de sistemas compósitos (Bakis, 1993)


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2.4 - Formas gerais

Para concluir esta secção 2 de informações gerais sobre materiais compósitos reforçados

com fibras, expõem-se, em seguida, as principais formas comercializadas actualmente para os

produtos compósitos, derivados directamente das técnicas de fabrico já mencionadas. É

excluída, na linha desta exposição, a classificação das formas com base em quaisquer

conotações às técnicas construtivas e à visão internacional do campo das aplicações destes

produtos, aspectos esses a serem abordados na secção 3.

A forma geral de um compósito depende de pressupostos como a definição do objectivo

principal a que se destina e a estimativa do custo real da sua produção. Este último, com

preponderância significativa na selecção do referido produto, tem justificado, recentemente, o

incremento na investigação de formas simples e de processos automáticos de fabrico

(Pultrusão), com vista a torná-lo mais competitivo em relação aos materiais tradicionais.

Admitindo, como parâmetros de base, a configuração geométrica espacial e a disposição

das fibras no produto final, os compósitos de FRP podem ser classificados, quanto à forma,

em três grandes grupos:

FRP

−

−

−

(3D) cionaismultidirec3

(2D) naisbidireccio2

(1D) onaisunidirecci1

Nos primeiros, incluem-se produtos, essencialmente com a forma linear e comportamento

unidireccional, como, por exemplo, os fios entrelaçados, os cabos destinados a sistemas de

pré-esforço com pré ou pós tensão, os varões obtidos por pultrusão com superfície lisa ou com

tratamento superficial de aquisição de rugosidade e, ainda por pultrusão, os perfis compósitos

como cantoneiras, "I" ou outros. Integrados neste grupo com comportamento unidireccional,


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excepto se as fibras não apresentarem uma disposição contínua longitudinal, são igualmente

mencionáveis as chapas ou placas de espessura variável, utilizadas em reforços estruturais.

Com uma forma dominante plana, surge o segundo grupo de compósitos, cujas

propriedades principais estão orientadas segundo duas quaisquer direcções pré-estabelecidas

pelo sistema de disposição das fibras. Desse modo, comercializam-se produtos como sistemas

em grelha constituídos por varões de material compósito, películas ou placas de FRP com o

reforço disposto segundo orientações tecidas e, ainda, algumas formas de composição em

sanduiche (observe-se a figura 4).

Por fim, nos compósitos de FRP multidireccionais está subjacente o princípio do

comportamento e da forma espacial do produto, segundo se ilustra na figura 4, com o

objectivo principal de aplicação em estruturas de grande porte. Por exemplo, as estruturas

híbridas tridimensionais são constituídas simultaneamente por material compósito reforçado e

por materiais correntes, cujas secções podem ser cheias ou vazadas (Deskovic, 1993).

Também se incluem neste grupo, as estruturas com forma espacial resultantes da composição

de perfis unidireccionais indicados no primeiro grupo.

Figura 4 - Configuração das fibras para materiais compósitos (Nanni et al., 1993)


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3. COMPÓSITOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL

3.1 - Análise geral

Actualmente, o uso de materiais compósitos no universo das aplicações realizadas por

Engenheiros Civis é significativamente reduzido. Em contrapartida, as indústrias aero-

espacial, automobilística e naval desenvolveram hábitos de utilização frequente destes

materiais nos seus produtos. Inicialmente, estas indústrias limitavam a sua aplicação a

componentes estruturais secundárias e/ou a combinações com os materiais tradicionais como

o aço, o alumínio e a madeira. Recentemente, assistimos a uma confiança crescente nas

capacidades resistentes destes materiais expressa na execução de estruturas principais para

satélites e para naves espaciais, e, não menos importante, na utilização da produção de

automóveis, barcos e outros produtos usados em desportos de alta competição.

O entusiasmo crescente manifestado pelas indústrias referidas na utilização destes novos

materiais e o conhecimento acrescido das suas propriedades vantajosas, despertaram interesse

nos engenheiros civis que, com agrado, constatam que esses mesmos compósitos são uma

alternativa para a solução de alguns dos problemas na construção civil, referidos na secção 1,

com vantagens únicas sobre os congéneres convencionais. Nesse âmbito, são de assinalar

propriedades como a elevada resistência à tracção, o seu baixo peso específico, a resistência à

corrosão, a elevada resistência à fadiga e o bom amortecimento ao choque (Deskovic, 1993).

De facto nesta última década, a construção tem vindo a implementar, embora de uma forma

lenta, sistemas construtivos especiais, conjugando os compósitos de FRP com os materiais

tradicionais destinados por exemplo a ambientes fortemente agressivos (painéis de fachada), a

condutas para a circulação de flúidos, a estruturas secundárias como as plataformas (escadas

ou passadiços) e, ainda, a situações de reforços estruturais em elementos principais da


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construção. No entanto, existem ainda hoje alguns motivos fortes que impõem limitações às

aplicações destes novos materiais. O custo elevado de produção do material compósito é a

principal razão, para além de outras, como a deficiente informação técnica sobre estes

materiais e a escassa disponibilidade de especificações normativas ou códigos para projecto.

Nesta secção e no item 3.2, procura-se expôr os vários campos de intervenção dos

compósitos de FRP na indústria da construção civil, segundo uma perspectiva internacional.

São focadas experiências documentadas até hoje nesses mesmos campos, definidas segundo

uma base subjacente a três aspectos, que se supõem condicionar a selecção do critério de

aplicação do compósito em cada caso:

1 - Função principal da estrutura: é um dos aspectos selectivos do tipo de material

compósito a utilizar, nomeadamente, em situações comandadas por agressividade do meio;

presença de campos electro-magnéticos; necessidade de reforço e/ou reabilitação para

melhorar ou corrigir anomalias estruturais; exigências de projecto para estruturas melhoradas,

com valor alto da razão resistência/peso e adequada técnica construtiva;

2 - Configuração geométrica do reforço betão/compósito: este aspecto obriga a um

compromisso entre a forma geral do compósito (item 2.4) e as técnicas de aplicação

exequíveis com a natureza da estrutura. Isto é, esta interligação permite,independentemente de

se tratar de uma estrutura constituída só por compósito ou de uma estrutura combinando

FRP/betão (ou aço), classificar os exemplos documentados em três áreas principais de

aplicação:

(i) - Sistemas Unidireccionais

Neste grupo integram-se todas as situações onde os compósitos de FRP são aplicados, isoladamente ou em colaboração com os materiais tradicionais, com o principal objectivo de, em conjunto, trabalharem como estruturas lineares. Para estes casos, conhecem-se a utilização de produtos, privilegiando o funcionamento unidireccional, com as formas de varão, de fio, de cabo, de lâminas e, com maior implantação, sob a forma de perfis produzidos por pultrusão.


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(ii) - Sistemas Bidireccionais

Os sistemas bidireccionais traduzem, como o seu nome o sugere, as aplicações estruturais visando o melhoramento da capacidade resistente segundo duas direcções quaisquer estabelecidas a priori. Esta capacidade resistente é interpretada na óptica de um funcionamento estrutural plano, isto é, obrigando à colaboração conjunta das resistências nas duas direcções definidas para garantir a capacidade da estrutura.As lajes dos edifícios correntes e os tabuleiros das obras-de-arte são exemplo a seguir neste grupo de sistemas estruturais, na medida em que, em circunstâncias determinadas sugerem a utilização dos compósitos reforçados como alternativa às armaduras metálicas. Desse modo, é possível encontrar-se armaduras de FRP em forma de grelha, constituídas por varões dispostos ou não ortogonalmente e reforços estruturais com placas de laminados de FRP, onde as fibras de reforço estão tecidas segundo critérios projectados.

(iii) - Sistemas Espaciais (ou Multidireccionais)

Por fim catalogam-se neste grupo, os sistemas estruturais mais complexos com geometria e comportamento tridimensionais. Apesar de existirem escassos exemplos, na generalidade dos casos, eles surgem da combinação de elementos estruturais dos dois sistemas anteriores (i) e (ii). Recentemente, como consequência dos melhoramentos nos sistemas de produção dos FRP e na optimização das capacidades estruturais desses mesmos compósitos quando combinados com os materiais tradicionais, tem-se investido em estruturas novas com secção em caixão ajustadas à técnica da pré-fabricação.

3 - Localização geográfica da aplicação: este aspecto evidencia alguns países, com

experiência mais avançada no domínio dos compósitos, que por afinidade de objectivos

prioritários, podem ser agrupados segundo três grandes áreas geográficas a referir:

(i) - Os EUA e o Canadá

Estes países estão empenhados, fundamentalmente, em solucionar os problemas de durabilidade das estruturas de betão afectadas pela corrosão, na medida em que o uso da construção tradicional tem obrigado a custos elevados de manutenção. Destacam-se, para este fim, algumas empresas envolvidas na produção por pultrusão de varões de material compósito, essencialmente de fibras de vidro-E (GFRP) e de resinas termoendurecíveis (poliester isofálica ou vinilester), para aplicações como armaduras de elementos de betão.


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(ii) - O Japão

O principal interesse parece centrar-se nos novos materiais e métodos que proporcionem a pré-fabricação, o automatismo, a redução de custos e, em geral, formas mais eficientes de técnicas construtivas. Há um esforço no desenvolvimento de produtos como os varões lisos (fibras unidireccionais), os varões deformados (fibras tecidas ou enroladas em espiral), os cabos com cordões entrelaçados, as malhas ou grelhas (2D) e ainda os sistemas tridimensionais (3D). Alguns desse produtos, devido á sua boa fiabilidade em vários exemplos de aplicação, são, hoje, comercializados a nivel internacional, principalmente, os varões tipo FiBRA ou TECHNORA, as grelhas tipo NEFMAC (2D) e as estruturas tecidas espaciais tipo 3D FABRIC.

(iii) - A Europa

O objectivo comum aos vários países parece ser, principalmente, a necessidade de reforçar e/ou reabilitar elementos estruturais do seu vasto património histórico. Nesse sentido, os produtos mais conhecidos disponíveis no mercado são os cabos tipo ARAPREE (Alemanha), as cordas tipo PARAFIL Ropes (UK), os varões não aderentes tipo POLYSTAL (Alemanha), os varões tipo SPIFLEX e os cabos JONC J.T. (França).

Para criar uma forma cómoda para essa exposição e ter presente simultaneamente os três

aspectos mencionados, estabeleceu-se o critério de expôr os vários campos de aplicação de

acordo com a "função principal da estrutura". Este critério é mais generalizado porque permite

incluir as condições da "configuração geométrica do reforço betão/compósito" e da

"localização geográfica da aplicação".

Sublinhe-se que, para qualquer um dos campos em análise, há uma preocupação comum

de referir exemplos exclusivos do âmbito da indústria da construção civil já implementados

em alguns domínios concretos, e as técnicas ou produtos potencialmente ajustáveis á

construção mas ainda só testados em áreas científicas. O universo abrangente para ambos os

casos é válido, obviamente, até à data do presente trabalho.


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3.2 - Aplicações em estruturas

Expõe-se, em seguida, de uma forma lata mas sem pretender listar completamente o seu

universo, o estado actual da arte no domínio das aplicações estruturais combinando

compósitos de FRP com elementos de betão. Os vários sistemas de aplicação são agrupados e

descritos segundo campos de intervenção importantes na construção civil, baseados no

aspecto da "função principal da estrutura", em termos de comportamento esperado. Os

exemplos documentados traduzem a utilização dos produtos comercializados para os

compósitos reforçados com fibras de vidro, carbono, aramida, PVA e sistemas híbridos,

produtos estes executados com impregnação numa matriz essencialmente termoendurecível.

3.2.1 - Agressividade do meio

O meio envolvente impõe, muitas vezes, condições estritas à selecção dos materiais a

utilizar nos elementos estruturais em situações como zonas marítimas, zonas com grandes

amplitudes térmicas, zonas industriais de produção química, reservatórios para tratamento de

fluídos, elementos em constante contacto com o solo (muros de suporte, sapatas, estacas). Os

materiais compósitos, pela sua resistência química, parecem ser os indicados para estes casos.

Desse modo, discriminam-se alguns exemplos neste campo:

1 - Nos Estados Unidos foram executadas chaminés de ventilação para células de arrefecimento de um sistema industrial de Forth Worth (Texas), cuja estrutura principal (pilares, vigas e lintéis) é constituída por perfis compósitos de FRP produzidos por pultrusão. As vigas de apoio das duas chaminés de arrefecimento do módulo central de potência, gerido a carvão, da fábrica Grand River Dam, em Chouteau (Oklahoma), sâo construidas do mesmo modo (Deskovic, 1993).

2 - Para garantir a durabilidade do material numa área fabril junto a Freeport (Texas) onde é produzido cloro, foi executada uma plataforma de apoio, com a dimensão de 17,4x3,0x0,7m3 em perfis compósitos de abas largas cortados e ligados no local, em menos de um dia (Deskovic, 1993). Neste caso, além de importar a resistência à agressividade do


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ambiente, salienta-se a facilidade de transporte e de operacionalidade, de modo a reduzir tempos de execução.

3 - Em North Vancouver (British Columbia) foi construída uma fábrica de produção de cloreto de sódio, utilizando uma estrutura de material compósito apoiada numa vasta gama de produtos reforçados com fibras de vidro, justificada pelos valores elevados de voltagem e corrosividade dos materiais envolvidos na produção referida (Deskovic, 1993).

4 - Os quatro reservatórios de lavagem dos componentes orgânicos voláteis da estação de tratamento de águas residuais na cidade de Delray Beach (Florida) são constituídos inteiramente por produtos de FRP (Deskovic, 1993).

5 - Uma indústria de purificação de gás em Higashi-Murayana (Japão) utilizou, pela primeira vez numa estrutura de betão, grelhas tridimensionais de FRP (3D FABRIC) na construção de painéis de separação, para armazenamento do cloro. O sistema utilizado 3D FABRIC é constituído por fibras PAN (carbono) e matriz de vinilester, e, segundo o publicado pelo ACI (1993), cada painel standard assim produzido pesa em média 250 kg.

6 - A parede em cortina do edifício de 23 andares, Sea Fort Square, localizado à beira mar em Shinagawa (Tokyo) é formada por painéis de material compósito (3D-FRP com fibras de carbono) sobre uma estrutura metálica de apoio. Optou-se por esta solução na medida em que o que estava previsto inicialmente em projecto, ou seja, placas de alumínio ou painéis pré-fabricados em betão, acabava por ter problemas de degradação do material, devido à presença do cloreto de sódio no ambiente, ACI (1993).

7 - Ultimamente, tem vindo a ser considerada a hipótese de substituir a rede metálica empregue na armação de aterros em taludes de auto-estrada por redes de material compósito em FRP. Segundo os autores Sekijima et al. (1990), espera-se grande êxito em aplicações desta natureza, onde a corrosão da rede metálica é óbvia. De igual modo, os produtos derivados destes materiais têm vindo a ser utilizados no reforço de solos, para se construir aterros mais elevados ou sob a forma de escada.

8 - Recentemente, tem vindo a generalizar-se o uso de produtos compósitos em FRP, tais como os varões para armaduras, os cabos de pré-esforço e os tirantes, em elementos estruturais de portos ou docas marítimas. A sua excelente resistência à corrosão tem permitido aplicações no Japão, referidas pelo autor Otsuki na publicação do ACI (1993), fundamentalmente em casos como armaduras para elementos de protecção costeira, cabos para elementos de pré-fabricação, tirantes laterais de apoio a elementos pré-fabricados, tirantes de união de sistemas offshore de blocos flutuantes de betão pré-esforçado.


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3.2.2 - Presença de campos electro-magnéticos

Descrevem-se, seguidamente, situações de edificações com exigências determinadas

quanto às condutibilidades eléctrica e magnética ao longo de elementos estruturais, devido à

sensibilidade dos equipamentos a instalar ou a funções específicas de comunicação entre

campos magnéticos. Neste âmbito destacam-se os casos:

1 - O laboratório de testes EMI (Interferência Electro Magnética) da Apple Computer, construído em 1985, foi o primeiro edifício concebido totalmente em material compósito reforçado com fibras de vidro (GFRP). Esta opção permitiu ultrapassar as permissas condicionantes do projecto como o uso de elementos não metálicos; permissão de transparência das frequências radiofónicas; não existir reflexão de emissões de EMI (Deskovic, 1993).

2 - O edifício do Sun Bank em Orlando (USA) é outro exemplo de concepção estrutural em compósitos de FRP, a fim de que o equipamento de comunicação aí instalado seja isolado de qualquer interferência magnética (Deskovic, 1993).

3 - A construção de espaços para a instalação de todos os circuitos adjacentes aos computadores da IBM (USA), cujo factor principal é permitir a transparência electromagnética, (Deskovic, 1993), exemplifica mais uma situação de aplicabilidade dos produtos derivados dos compósitos de FRP.

4 - Baseado em normas de pavimentos para aeroportos, foi executado, no Japão, um pavimento de teste não magnético (Aeroporto Internacional de Haneda) em betão pós-tensionado com cabos compósitos de fibras de carbono e de aramida. Estes cabos, por seu lado, são ancorados nas extremidades através de cunhas e sistemas de resina fundida, ACI (1993).

5 - Tirando partido das propriedades não magnéticas dos compósitos em FRP, o Instituto de Investigação Técnica de Caminhos de Ferro do Japão construiu linhas de guia magnéticas, em Miyasaki Perfecture, sobre uma estrutura de vigas-parede pré-fabricadas, apoiadas num sistema vigado pré-esforçado parcialmente por cordões de 12,5 mm de diâmetro, em material compósito reforçado com fibras de carbono. Cada cordão é constituído por sete fios enrolados entre si e impregnados por uma resina de epóxido, (ACI, 1993).


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3.2.3 - Reforço e/ou reabilitação de elementos estruturais

Neste contexto, o reforço é entendido como melhoramento de estruturas já existentes ou

em projecto, como consequência de alterações que envolvem:

(i) - capacidade insuficiente face a novas acções (exemplo: o aumento de tráfego, no caso de pontes; a alteração da arquitectura que obriga à reestruturação inicial, no caso de edifícios);

(ii) - perda gradual das características dos materiais tradicionais (exemplo: a corrosão das armaduras; a fragmentação do betão);

(iii) - erros no projecto de estabilidade ou durante a fase de execução.

A reabilitação, por seu turno, é interpretada nos exemplos a referir com o sentido de

recuperação estrutural, como consequência do aparecimento de anomalias causadas por

degradação dos materiais com o tempo, ou por situações de acidente (explosão, incêndio,

sismo).

As técnicas executadas com produtos compósitos para solucionar estas duas situações,

recorrem a chapas de FRP unidireccionais (pré-esforçadas ou não) que são coladas

criteriosamente nas faces dos elementos (para resistir à flexão e ao corte), ou à aplicação

exterior de cabos de FRP pós-tensionados. Particularmente, para as anomalias surgidas em

pilares, devido a sismos, menciona-se a técnica do encamisamento reforçado daqueles

elementos. Em qualquer dos casos, o novo material apresenta imunidade à corrosão, ao

contrário do que ocorria com as chapas metálicas, como são exemplos as situações seguintes:

1 - O passadiço para peões existente no Marienfelde Leisure Park (Alemanha) foi construído (1988) através de um sistema de pré-esforço exterior (figura 5). A estrutura inclui duas vigas de betão em "T" sobre dois vãos, sendo cada uma pré-esforçada com sete cabos constituídos cada um por 19 varões de material compósito reforçado com fibras de vidro. Os vãos são de 27,6 m e de 22,9 m de comprimento e as vigas apresentam 1.1 m de altura e 5.0 m de largura (Taerwe, 1993).


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Figura 5 - Passadiço para peões de Marienfelde Leisen Park (Taerwe, 1993)

2 - Em alternativa aos métodos clássicos de reabilitação estrutural, é possível indicar um número de projectos de investigação, incluindo o seu estudo analítico e experimental, na área do reforço de estruturas de betão por meio de colagem de placas de FRP na superfície daquelas, com adesivos poliméricos: Meier e Kaiser (1991); Triantafillou e Deskovic (1991); Saadatmanesh e Ehsani (1990), (1991); Meier (1994). O ACI (1993) refere um exemplo de reparação da ponte de Ibach, próximo de Lucerne (Suiça), estudada por Meier e Deuring. Neste caso, foram usados laminados de CFRP com 5 m de comprimento colados na face inferior da ponte.

3 - O artigo publicado por Meier (1995) no seminário organizado por NAFEMS faz referência ao aumento significativo das aplicações de reforço estrutural por colagem exterior de placas de CFRP na Suíça. São inumerados alguns casos, nomeadamente, a ampliação de um supermercado em Uzwil, a reabilitação de um parque de estacionamento para 800 viaturas e com 25 anos de existência em Flims, assim como, o reforço das paredes de uma central nuclear de Leibstadt em funcionamento há 10 anos. De acordo com informações de Stesalit AG (Zullwil) já foram utilizados cerca de 7000 kg de produtos laminados de CFRP em situações de reforço e/ou reabilitação estrutural na Suiça, desde 1991 até ao primeiro semestre de 1995. Este produto permitiu substituir o equivalente a 208.000kg de aço, caso a solução optada fosse a estrutura metálica.

4 - O sistema CALTRANS de reforço exterior dos pilares por encamisamento, através do enrolamento do pilar por uma manta de fibras de vidro seguida de projecção de resina epóxido para garantir impregnação das fibras, tem vindo a ser incrementado em áreas sísmicas. Nestes casos, os pilares são envolvidos parcialmente ou em toda a sua extensão, com uma configuração semelhante ao ilustrado na figura 6. Entre 1993 e 1994, o ACI (1993) menciona que, só nas cidades de Los Angeles e de Santa Mónica, esta técnica foi aplicada em, aproximadamente, 200 pilares. Priestley et al. referem, na sua publicação de 1992, outros


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casos de revestimento exterior de pilares de pontes e de edifícios, para aumentar as suas capacidades ao corte, em caso de ocorrências sísmicas.

Figura 6 - Esquema de um reforço exterior para um pilar (Nanni et al., 1993)

5 - Produtos compósitos reforçados com fibras tecidas podem ser coladas com epóxido às superfícies das alvenarias ou paredes de betão, para melhorar a resistência desses elementos. Este facto foi demonstrado por Ehsani e Saadatmanesh em estudos realizados na Universidade de Arizona. O primeiro registo com aplicação desta técnica ocorreu em Glendale, California (USA), quando se reforçou uma parede exterior de um edifício, severamente fendilhado após o sismo de Northridge em 1994. (ACI, 1993).

6 - No vasto campo de aplicação dos cabos compósitos reforçados com fibras de vidro inclui-se, também, a reabilitação da estação de metro de Mairie d'Ivry em Paris (França). Taerwe refere-se a este exemplo, num artigo publicado em 1993, porque foi necessário instalar 36 tirantes de GFRP pré-esforçados (650 kN de carga de serviço) para controlar a fendilhação manifestada na estrutura em abóbada de betão com 70 anos, como consequência da realização de escavações adjacentes à estação. Este sistema apresenta, ainda, a vantagem de garantir isolamento electro-magnético da estrutura (figura 7).

Figura 7 - Reforço da estação de metro de Mairie d'Ivry em Paris (Taerwe, 1993)


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3.2.4 - Valor elevado da razão resistência/peso

Como os materiais compósitos apresentam elevadas resistência e rigidez e baixo peso

específico, entre outras propriedades, é possível conjugá-los ou não com outros materiais, de

modo a criar estruturas com alta resistência, baixo peso, facilidade de construção e custos

reduzidos de manutenção. Os exemplos de aplicação mais significativos neste campo são os

passadiços para peões executados com perfis de FRP, as carlingas e longarinas em viga caixão

para suporte de tabuleiros de pontes, as asnas planas ou espaciais constituídas por perfis

compósitos e a execução de elementos estruturais adaptados à técnica de pré-fabricação.

Recentemente, tem-se procurado alargar o campo de aplicação a outras estruturas, após a

técnica por pultrusão ter generalizado a produção de FRP de forma padronizada. Em seguida,

descrevem-se os exemplos mais significativos, tais como:

1 - A pré-fabricação é um dos campos que privilegia a execução de peças em série, com formas modeladas ou outras difíceis de executar in situ, com peso próprio aligeirado para fácil manuseamento (materiais leves) e com substancial resistência a esforços e à agressão do meio. Assim, os produtos derivados de materiais compósitos em FRP têm vindo a ser utilizados como armaduras ordinárias ou de pré-esforço em elementos de betão pré-fabricado, para aplicações em edificações industriais sujeitas a adversas condições ambientais como a humidade, a temperatura e a atmosfera corrosiva. Por exemplo, a empresa Quality Precast Limited, Inc. da Georgia (USA) desenvolveu uma laje com a forma de caleira, recorrendo a varões de GFRP, para aplicação em lajes de cobertura, em muros especiais, em tanques ou reservatórios, e ainda, em sistemas de trincheiras ou vales (ACI, 1993).

2 - O melhoramento na concepção de estruturas utilizando materiais compósitos reforçados com fibras, é devido, não só ao valor elevado da resistência do material, mas sobretudo à possibilidade de elaboração de estruturas com propriedades mecânicas e químicas variáveis em diferentes direcções e posições, de acordo com a resistência desejada para a estrutura, e com o seu grau de aligeiramento. Várias investigações têm sido realizadas segundo esta perspectiva a nível de tabuleiros de pontes, passadiços para peões e estruturas tridimensionais com perfis fabricados por pultrusão, e que são referidos em publicações de autores como McCormick (1978), Starr (1983), Bakeri (1989), Bank e Mosallam (1990) e Deskovic (1993), nomeadamente.


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3 - Outro exemplo do empenhamento dos técnicos na concepção de estruturas aligeiradas, é o trabalho realizado por Morsi e Larralde (1994) no domínio das asnas planas executadas para grandes vãos e constituídas a partir de perfis compósitos de GFRP.

3.2.5 - Cabos

Descreve-se, neste caso, a utilização de cabos de alta resistência em material compósito,

reforçados com fibras alinhadas unidireccionalmente ou tecidas em cordão, para suportarem

tabuleiros de pontes estaiadas, ou ainda aplicados sob a forma de agrupamento de cordões

para integrarem, interna ou externamente, elementos estruturais pré-esforçados. O pré-esforço,

nestes casos, pode ser aplicado por pré ou pós tensão e em sistema de não aderência. Desse

modo, evidenciam-se, como exemplos, as situações sguintes:

1 - A ponte de Shinmiya em Togi Town (Japão) é o exemplo da primeira construção de vigas de betão com cabos pré-esforçados (pré-tensão) de material compósito reforçado com fibras de carbono (1988). A ponte apresenta um vão e uma largura de 6.10 m e 7.0 m, respectivamente, e os cabos são distribuídos seis na aba inferior e os restantes dois na aba superior da secção transversal da viga (Santoh, 1993).

2 - A passagem superior para peões de Tabras Golf Club em Tochigi Prefecture (Japão) é executada por meio de vigas pré-tensionadas com varões compósitos de FRP de 13 mm de diâmetro produzidos pela FiBRA. A concepção geral desta ponte foi baseada no princípio de pré-esforço total (ACI, 1993).

3 - As lajes fungiformes do edifício Sun Land Golf Club, localizado em Gumma Prefecture (Japão) são pós-tensionadas com varões de 15 mm de diâmetro de FRP reforçado com fibras entrelaçadas de aramida FiBRA. Neste exemplo, está implícita a preocupação em aligeirar a estrutura com materiais leves e resistentes, culminando com o controlo da fendilhação e da deformação, em fase de projecto (ACI, 1993).

4 - O ACI (1993) refere que, em 1993, o Ministério dos Transportes de Kanagawa Prefecture (Japão) promoveu, para uma marina, a construção de uma estrutura hexagonal flutuante formada por blocos de betão ligados entre si por cabos pós-tensionados. Atendendo à natureza agressiva do meio, foram seleccionados cabos de fibras de carbono contínuas impregnadas com resina de epóxido e ancorados por vários tipos de cunhas e cabeças de ancoragem.


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5 - Devido à vantagem de possuirem boa resistência à tracção e à corrosão por humidade, os varões compósitos com fibras de aramida começam também a ser utilizados em sistemas de ancoragem temporária de muros de suporte no Japão, principalmente em Kagawa Prefecture (ACI, 1993).

6 - As instalações da Indústria Química da BASF em Ludwigshafen (Alemanha), que abrange uma área aproximada de 7 km2, dispõe de uma ponte de betão pré-esforçado constituída por 4 vãos iguais e com 85 m de comprimento total. Consiste numa obra-de-arte rodoviária com acções da classe 600/300 kN, segundo indicação de um artigo no ACI (1993), e próxima dum meio químico, o que justifica o uso de cabos de pré-esforço em compósito reforçado com fibras de carbono, desenvolvidos no Japão por TOKYO Rope A superestrutura de base desta ponte é um modelo de laje e viga, com uma largura total de 11,2 m e altura de 1,12 m, e em planta desenvolve-se segundo dois vãos rectos e outros dois curvos, com um raio de 62,8 m. Concebido pelo mesmo produtor Japonês, indica-se também o sistema de pré-esforço da ponte de betão de uma auto-estrada na cidade de Calgary (Canadá) composta por dois vãos contínuos enviezados com 22,8 m e 19,2 m de comprimento.

7 - Segundo os autores Sakai et al., referidos na publicação do ACI (1993), em 1989, foi executada uma ponte rodoviária da auto-estrada sobre o rio Bachi na cidade de Kitakyushu, com varões de CFRP (carbono), pela primeira vez na história das obras-de-arte em betão pré-esforçado. O comprimento total da ponte é de 35,8 m (com dois tramos simples) e a estrutura consiste numa parte em viga pré-tensionada com 18,25 m de vão e noutra parte em viga pós-tensionada de 17,55 m de vão.

8 - O ACI (1993) indica que a ponte rodoviária Sumitomo erguida à entrada de uma fábrica de produção de cimento, sugerida por autores como Mizutani et al., foi armada com varões de AFRP (aramida) obtidos por pultrusão. Ela é formada por uma estrutura de betão pré-esforçado constituída por um vão de 12,5 m, em laje compósita pré-tensionada, e por um outro vão de 25,0 m, em vigas caixão pós-tensionada.

9 - Um dos primeiros exemplos referenciável na Europa, foi a construção da ponte de Lünensche Gasse na cidade de Dusseldorf (Alemanha) em 1980 com a utilização de cabos de GFRP (vidro) produzidos por SICOM. Trata-se de uma ponte com um único vão de 7,0 m de comprimento. Os cabos de pré-esforço utilizados são constituídos por agrupamentos de 12 varões de GFRP de 7,5 mm de diâmetro e 7,0 m de comprimento, ancorados segundo quatro sistemas diferentes que foram testados. Todo o conjunto apresentou um comportamento satisfatório durante um período de observação superior a cinco anos. Em Dusseldorf, um outro exemplo de aplicação similar dos cordões de fibra de vidro-E impregnados com resina de poliester e pintados exteriormente com poliamide (protecção ao ataque mecânico e


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químico) como cabos de pré-esforço, consiste na ponte com duplo vão de Ulenberg-Strasse (1986). O sistema de pós-tensão utilizado era constituído por 59 cabos múltiplos, cada um com 19 varões de GFRP de 7,5 mm de diâmetro e admitindo uma força em serviço de 600kN. O sistema de ancoragem dos cabos baseava-se na amarração dos cabos com uma argamassa rica em sílica e resina poliester (ACI, 1993).

10 - Na Austria foi erguida pela primeira vez, em 1992, a ponte de Nötsch, em Karnten, de triplo vão com 41 cabos pré-esforçados do tipo POLYSTAL (com fibras de vidro). Os vãos apresentam 13 m, 18 m e 13 m de comprimento respectivamente, e o tabuleiro tem uma largura de 12 m e uma espessura de 0,65 m e, além disso, é pós-tensionado com aderência (figura 8). Este caso como o da ponte de Leverkussen (Alemanha), referidos num artigo de Taerwe (1993), foram projectadas de acordo com o princípio do pré-esforço limite, no qual são permitidos pequenos valores de tensões de tracção sob a acção total das cargas de serviço.

Figura 8 - Ponte de Nötsch, Austria (Taerwe, 1993)

11 - O artigo de Burgoyne (1993) distingue um número real de aplicações de cordas formadas por filamentos paralelos de fibras de aramida envolvidos numa baínha polimérica, cuja designação comercial é de PARAFIL Ropes. Para além dos casos referidos de estruturas pré-esforçadas, o autor menciona outros em situações não pré-esforçadas como os cabos usados nas estruturas dos pavilhões comemorativos do bi-centenário da Austrália em 1988 e exibidos pelo país; a incorporação destes cabos nos braços móveis dos chassis de tractores de lagartas usados pela Armada Britânica; os cabos de suporte da cobertura de uma estação de camionagem em Cambridge (figura 9); os cabos de apoio do tabuleiro da ponte de Aberfeldy na Escócia.


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Figura 9 - Cobertura estaiada de uma estação em Cambridge (Burgoyne, 1993)

3.2.6 - Varões compósitos

Os novos materiais compósitos estimularam os engenheiros a investir na substituição das

armaduras ordinárias metálicas clássicas por varões em FRP, oferecendo estes últimos elevada

resistência, baixo peso e imunidade à corrosão, entre outros atributos. Apesar desta técnica

não se apresentar totalmente dominada, é possível registarem-se alguns projectos nos USA e

Japão com a utilização de varões de FRP (principalmente em fibra de vidro) lisos ou

nervurados, na constituição da armadura estrutural de vigas, de lajes e de pilares em betão.

Com o advento da produção por pultrusão, esta armadura pode apresentar-se "in situ"

finalmente com as formas correntes planas, de varões unidireccionais ou dispostos em grelha

com direcções estudadas, ou ainda com uma disposição estrutural tridimensional. Como

exemplos mais significativos destacam-se os seguintes:

1 - Sendo condicionamento do projecto a não utilização de materiais metálicos nas estruturas expostas, um pavilhão da Universidade de San António no Texas (USA) foi construído em 1986, recorrendo a armaduras em material compósito sob a forma de varões de


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GFRP. Estes varões foram incluídos nas paredes e vigas periféricas, bem como, no sistema de vigas principais de suporte estrutural e que estão colocadas em forma de grelha (ACI, 1993).

2 - O ACI (1993) indica, ainda, que em 1985 o maior hospital do Texas (USA) foi edificado com elementos estruturais (pilares, vigas, linteis de travamento) em betão armado com varões compósitos reforçados com fibras de vidro (GFRP).

3 - Na sequência do programa de investigação em curso no Departamento de Civil do Constructed Facilities Center, da Universidade de West Virginia, àcerca da aplicação de reforços com FRP em tabuleiros de pontes de betão, o Departamento de Transportes (divisão de auto-estradas) desse estado solicitou àquele o projecto da primeira ponte com o tabuleiro executado nestas circunstâncias. Foram usados varões compósitos reforçados com fibras de vidro e revestidos superficialmente com areia, para melhorar a aderência ao betão. A ponte tem um comprimento aproximado de 25 m e a estrutura consiste num tabuleiro de betão, assente em longarinas metálicas, ACI (1993).

4 - Na opinião de autores como Sekijima et al. referidos na publicação do ACI (1993), é vantajosa a substituição das correntes malhas electrossoldadas aplicadas no revestimento de paredes interiores de túneis com betão projectado, por outras confeccionados com GFRP, atendendo ao seu baixo peso e elevada resistência química. No Japão, tem sido testada esta aplicação, assim como, em armaduras de paredes de reservatórios.

5 - Numa publicação de Okazaki (1993), o autor refere-se às propriedades e aplicações de varões de FRP reforçados com fibra de PVA (Vinylon) produzidos sob a designação de CLATEC Rod (Japão). São mencionados casos de utilização em reforços de elementos de betão como armaduras de estribos em vigas; armadura de envolvimento de blocos flutuantes aproveitados para a execução de atravessamentos fluviais (figura 10); armadura em grelha para lajes e paredes; armadura de ancoragens definitivas ou provisórias de taludes (figura 11).

Figura 10 - Esquema tipo da estrutura de envolvimento de um tabuleiro flutuante (Okazaki, 1993)


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Figura 11 - Estabilidade de taludes (Okazaki, 1993)

6 - O novo material compósito com fibras para reforço do betão, produzido no Japão com a denominação de NEFMAC, é um tipo de grelha não metálica reforçada com fibras de carbono, vidro e aramida, que tem hoje vasta aplicação em elementos estruturais na construção civil. Segundo um artigo de Sugita (Nanni et al., 1993), são inumeradas, nessas condições, situações como a malha de estabilidade da camada de betão projectado nas faces interiores de túneis; a armadura de elementos estruturais de betão de docas marítimas; a estrutura interna do edifício de controlo da base Japonesa executado na Antártica.; a armadura de pavimentos com exigências de não condução magnética; as armaduras das paredes em forma de cortina, aplicadas exteriormente em edifícios com objectivo de aligeiramento e durabilidade.

3.2.7 Elementos decorativos

O Japão tem investido na substituição dos materiais correntes, utilizados na pré-fabricação

de elementos decorativos ou de painéis múltiplos. Factores como a durabilidade, controlo de

fendilhação, resistência ao fogo e execução de configurações geométricas complexas são

problemas com que se debatem constantemente, tornando onerosos estes elementos. Com a

integração de fibras curtas ou a disposição espacial de fibras tecidas na matriz do cimento

portland e a adição de elementos com vista a aumentar a resistência química, obtêm-se

elementos compósitos em painel, com propriedades melhoradas a nível da resistência e da


40

durabilidade. Nesta área, sublinha-se a confecção de painéis tipo 3D - FRC, aplicados, no

mínimo, em 7.000 m2 de construção no Japão (Nakagawa et al. em Nanni et al., 1993), para

além de outros casos como os seguintes:

1 - Neste país, o edifício Suidobashi (Tokyo Dental College) é revestido exteriormente por placas de granito cravadas em painéis de parede, com a forma de cortinas. Estes são construídos em betão reforçado com sistemas tridimensionais 3D FABRICS, usando fibras de aramida segundo as direcções X e Y e fibras de carbono na direcção Z, para prevenção de eventuais interferências de ondas sonoras. De acordo com o publicado por ACI (1993), estes painéis apresentam um comportamento estável relativamente às deformações, assim como suficientes rigidez e resistência à flexão por acção do vento. Ainda inserido nesta perspectiva tridimensional, Yonezawa et al. (Nanni et al., 1993) informa sobre o investimento que o Japão faz para o desenvolvimento de armaduras tipo BE3D em elementos de betão (figura 12).

Figura 12 - Esquemas tipo de armaduras tridimensionais (Nanni et al., 1993)

2 - Execução de painéis de revestimento de pavimentos com armaduras de material compósito da patente FiBRA (Japão), com benefícios no aligeiramento e no não magnetismo dos elementos produzidos, são outros dos domínios de aplicação possíveis e descritos por Tamura (Nanni et al., 1993).

3 - O artigo de Nakagawa et al. (Nanni et al., 1993) acrescenta algumas informações mais ao aqui descrito, em termos de potenciais aplicações dos painéis produzidos no Japão e comercializados sob a designação de 3D - FRC.


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4. REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO

Sendo os compósitos reforçados com fibras os novos produtos na construção civil, a sua

aplicabilidade fica comprometida por dois factores fundamentais:

(i) - o conhecimento, a priori, das propriedades mecânicas, físicas e químicas dos produtos;

(ii) - a confiança a depositar no êxito do comportamento da ligação dos elementos de betão

com o produto compósito seleccionado.

Para os ultrapassar e permitir a aceitação universal destes produtos, torna-se imperativo

estabelecer critérios padrão. Por um lado, através da definição de testes normalizados para

avaliar as propriedades referidas no factor (i), cujo conhecimento é necessário, aquando da

selecção do produto. Por outro lado, instrumentando os elementos estruturais de modo a

permitir o acompanhamento periódico do seu comportamento e concluir àcerca da segurança

exigida no factor (ii). Ainda assim, é igualmente indispensável organizar leis de mercado para

a comercialização dos produtos, por meio da normalização por categorias, bem como, o

estabelecimento de especificações e códigos para projecto, a desenvolver na secção 5.

Desta forma, esta secção resume as principais iniciativas de investigação realizadas com

vista à normalização de critérios para a aferição das principais propriedades dos produtos de

FRP, como também, à conclusão sobre o comportamento destes no seio das aplicações como

reforços de elementos de betão. Todos os aspectos aqui referidos são documentados a partir da

análise experimental, efectuada nos países com investigação mais avançada, nesta área de

materiais compósitos. Os assuntos são expostos segundo dois níveis fundamentais: o

comportamento dos novos produtos e o comportamento dos elementos de betão (já reforçados

com esses produtos).


42

4.1 - Comportamento dos novos produtos

O que está em causa, neste item, é a caracterização do comportamento dos produtos

realizados com os materiais compósitos reforçados com fibras e, posteriormente, a sua

integração nas técnicas de análise e nas especificações de projecto quando aplicados à

engenharia civil. Concretamente, estão em estudo os varões, as grelhas, os perfis, os cabos e

as placas ou chapas, todos eles constituídos por FRP, a aplicar em elementos estruturais de

betão. Estes produtos apresentam factores como as fortes anisotropia e heterogeneidade da

estrutura e a significativa variabilidade das propriedades entre si, que são consequência

imediata dos critérios de composição (volume, tipo e orientação das fibras, natureza da resina,

etc) e de fabrico. Desse modo, a caracterização correcta destes novos produtos necessita,

obrigatoriamente, da identificação das suas propriedades através, não só da previsão por

modelos matemáticos baseados nas propriedades dos seus constituintes, como também da

aferição por meio de ensaios normalizados pré-estabelecidos. Interessará salientar, ainda, o

comprometimento de algumas propriedades, com o tipo e duração das acções, com a

temperatura e com a humidade.

Apesar da investigação desenvolvida ao longo destes últimos anos no domínio da previsão

das propriedades dos novos materiais, esta ainda é limitada a determinadas propriedades e

com alguma variação no grau de exactidão. Assim, muitas destas propriedades, com interesse

nas aplicações de engenharia, são determinadas, geralmente, a partir de testes directos, físicos

ou mecânicos, sobre os materiais. Segundo Bank (1993), existem alguns motivos que

justificam essa atitude: em primeiro lugar, os modelos matemáticos empregues para este fim

têm precisão limitada e cobrem um número restrito de propriedades; em segundo lugar, os

métodos estatísticos são obrigatórios na aferição das propriedades e devem ser compatíveis

com os índices de segurança exigidos na engenharia civil; por último, nos testes realizados é

importante distinguir as propriedades físicas das propriedades mecânicas nos materiais e,

estas, das propriedades estruturais do produto analisado, o que nem sempre é claro.


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A exposição seguinte incide sobre as principais propriedades destes novos materiais,

indicando-se referências a formulações matemáticas revistas em vários documentos

específicos neste domínio, fundamentais para a combinação com os elementos de betão. Estas

podem ser determinadas pela lei das misturas, onde cada constituinte do compósito contribui

em proporção ao volume ou ao peso do conjunto. Assim, as propriedades dividem-se, de

acordo com a sua natureza, em duas categorias: propriedades físicas e propriedades

mecânicas.

Propriedades Físicas

Neste grupo incluem-se todas as propriedades que podem estar relacionadas com a

estrutura do material, ao nível molecular. Isto é, a um nível de modo que os constituintes

individuais destes produtos possam ser identificados pela sua composição química ou pela sua

estrutura físico-química. As expressões matemáticas destas propriedades podem ser

encontradas no artigo de Bank (1993) ou no trabalho de Wu (1990).

(i) - Geometria

As propriedades geométricas de um compósito interessam à definição dos modelos

matemáticos. A literatura sobre estes materiais refere que, para isso, deverão ser expressos em

termos de quantidade dos seus constituintes, através da fracção de volume em relação ao

conjunto. Por exemplo identificam-se: volume de fibras, volume de matriz e nesta última o

volume de resina, o volume de carga e o volume de vazios.

(ii) - Carga

A definição de peso específico de um compósito é determinada de acordo com a lei das

misturas, a partir do conhecimento das densidades e das fracções de volume dos seus

constituintes. Para isso, é necessário também determinar as fracções em peso destes em

relação ao conjunto, através da realização de ensaios normalizados.

Os varões e cabos produzidos em FRP têm um peso específico que oscila entre 15 kN/m3 e


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20 kN/m3, valores estes quatro vezes inferiores aos do aço, ρs = 79 kN/m3. Esta propriedade

é vantajosa em relação ao aço porque reduz o peso de material envolvido numa obra, facilita o

transporte e a trabalhabilidade, para além de contribuir para a redução de custos globais no

período de vida útil da estrutura.

(iii) - Higrotérmica

Sob o ponto de vista térmico, e ao contrário do que acontece no betão armado corrente, a

utilização de produtos compósitos de FRP exige algum cuidado, uma vez que apresentam dois

coeficientes de dilatação térmica: um na direcção longitudinal e outro na direcção transversal.

A diferença entre eles reside na composição, fibras e matriz, onde o valor do coeficiente de

dilatação longitudinal é ditado pelas primeiras, enquanto que o valor do coeficiente homólogo

transversal é condicionado pela segunda.

Por outro lado, o coeficiente de dilatação térmica destes produtos deve ser próximo do

correspondente no betão, para minimizar as deformações diferenciais entre os dois materiais.

Deste valor depende o interesse em controlar a fendilhação e a fragmentação do betão.

Outra propriedade fundamental é a determinação do coeficiente de absorção de humidade

no material, que descreve as alterações de dimensão que ocorrem à medida que este vai

absorvendo humidade. À semelhança do efeito de transmissão térmica, esta propriedade deve

ser calculada tanto para a direcção longitudinal (praticamente nula), como para a transversal

(pode ser significativa).

(iv) - Química

As propriedades químicas dos materiais compósitos são difíceis de identificar nos produtos

de FRP mas, simultaneamente, têm uma importância crucial na área de engenharia estrutural,

na medida em que podem proporcionar a redução das propriedades mecânicas, a elevadas

temperaturas, e intervir na durabilidade. Destacam-se como principais a temperatura de

transição para a vitrificação, as reactividade e estabilidade química, a flamabilidade e a

toxicidade.


45

Sem um estudo adequado destas propriedades, se um produto de FRP for sujeito a elevadas

temperaturas, pode tornar-se inflamável ou produzir derivados tóxicos. Contudo, estes

problemas não chegam a surgir quando ele é inserido nas peças de betão como varão, cabo de

pré-esforço ou perfil.

A durabilidade destes produtos está relacionada com as propriedades químicas e mecânicas

do material constituinte. Desse modo, a reactividade e a estabilidade química dos constituintes

podem informar sobre a potencial resistência física e mecânica do produto, perante uma

agressividade do meio, ao longo do tempo.

(v) - Condutividade

O comportamento de um produto de FRP, perante os diferentes condicionantes do

ambiente, depende fortemente da difusibilidade interna do material compósito ao factor

agressor, isto é, depende da maior ou menor facilidade em permitir a passagem de substâncias

físicas com interesse (neste caso a humidade) através do material. Além desta, devem ser

igualmente avaliadas, nestes produtos, a permeabilidade de induções magnéticas e as

condutividades térmica e eléctrica.

Propriedades Mecânicas

Expõem-se neste grupo, as propriedades associadas com a aplicação de forças mecânicas

no material compósito. Apesar de não serem directamente relacionáveis com a composição

química ou com a estrutura físico-química dos seus constituintes, geralmente, definem-se em

termos de mecânica contínua. A caracterização destas propriedades é feita, habitualmente, por

meio de ensaios mecânicos, quer sobre os constituintes como também a nível dos próprios

compósitos.

As expressões matemáticas destas propriedades estão mencionadas no artigo sobre as

"propriedades dos FRP utilizados como reforço do betão" (Bank, 1993) , as quais, segundo o

autor, mostram traduzir razoável aproximação aos resultados obtidos por via experimental. No


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caso particular de varões de FRP, Wu apresentou em 1990 um trabalho que contempla a

aferição analítica das propriedades mecânicas destes produtos.

(i) - Tracção

A caracterização elástica da matriz, empregue nos modelos matemáticos de previsão do

comportamento à tracção dos compósitos de FRP, necessita do conhecimento de indicadores

elásticos do tipo módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, módulo de

compressibilidade, e de indicadores associados à ruína do material como as denominadas

resistência última e extensão de rotura. Estes indicadores devem ser avaliados, segundo o

princípio dos materiais anisotrópicos, segundo as direcções longitudinal e transversal do

produto compósito.

Os materiais de FRP, genericamente, exibem um comportamento típico linear elástico e

sem plastificação próximo da ruína, quando são traccionados. Esta característica apresenta um

problema quanto à ductilidade das estruturas de betão, sobretudo, relativamente à resposta

dinâmica destas estruturas perante acções sísmicas. Consequentemente, é importante

conhecer-se o comportamento exacto de um produto compósito até à ruína, através de

especificações para projecto fornecidas pelos seus produtores.

Os compósitos reforçados unidireccionalmente, como é o caso dos varões e cabos para pré-

esforço, têm sido alvo de um trabalho de investigação mais intenso. Verificou-se que a

resistência à tracção é condicionada pela rotura das fibras nestes elementos. Além disso, a

distribuição das tensões de tracção não é uniforme pelas fibras de um varão, variando ainda

com o diâmetro deste (Faza, 1991). As fibras exteriores ficam mais traccionadas do que as

interiores, donde, a partir de um dado valor do diâmetro, se conclui ser pouco eficiente

aumentar os diâmetros dos varões de FRP a aplicar como armaduras de peças em betão.

Contrariamente ao que sucede com a resistência à tracção, o módulo de elasticidade destes

produtos é geralmente inferior ao do aço, particularmente quando se envolvem reforços com

fibra de vidro. Este baixo valor de rigidez proporciona algumas dificuldades na


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compatibilização com o betão, em condições de serviço, obrigando a grandes deformações

dos elementos estruturais, para que se mobilize a resistência disponível do elemento

compósito. Neste casos, justifica-se um investimento na melhoria da rigidez, por meio da

optimização na compatibilização das propriedades dos constituintes, fibras, resinas e "filler".

(ii) - Compressão

Os compósitos também podem ser utilizados em zonas comprimidas de estruturas como

vigas, lajes e pilares. A caracterização das propriedades à compressão é semelhante às da

tracção, mas os seus valores são significativamente reduzidos quando comparados com os

equivalentes à tracção. Segundo Bank (1993), a rotura à compressão de um compósito

reforçado unidireccionalmente pode resultar da micro-instabilidade das fibras ou da divisão

transversal da matriz. No entanto, este autor admite que o modo principal de rotura

longitudinal à compressão é, geralmente, classificado como um modo dependente da matriz

do compósito.

Como a contribuição das propriedades à compressão não é preponderante para o

comportamento global dos produtos compósitos de FRP. Verifica-se existir pouca informação

desenvolvida sobre este assunto.

(iii) - Corte e Torção

As propriedades, que controlam o comportamento dos FRP sujeitos a esforços de torção ou

transversos, são os característicos módulo de distorção e a resistência ao corte, quer

longitudinal como transversal. Estes apresentam valores inferiores relativamente ao aço

utilizado no betão armado, devido ao forte condicionamento da matriz do compósito.

A resistência ao corte dos produtos compósitos mais utilizados é, na generalidade, bastante

baixa. Com efeito, um varão ou uma chapa de FRP podem ser facilmente serrados, segundo a

direcção perpendicular ao eixo principal longitudinal. Quando é necessário contribuir para a

resistência ao corte de um elemento estrutural, é adequado orientar as fibras no produto, de

modo a trabalharem axialmente segundo a direcção do esforço de corte no elemento em causa.


48

As propriedades, em questão, são igualmente importantes em situações críticas como as

ligações e as ancoragens. Nas primeiras, visto que um módulo de distorção longitudinal baixo

obriga a ter um comprimento maior de comparticipação de um varão. Na segunda situação, as

propriedades ao corte na direcção transversal ditam os princípios de transferência das acções

entre a ancoragem e o cabo de pré-esforço, segundo um determinado comprimento.

Factores Condicionantes das Propriedades

As propriedades dos compósitos, em análise, podem ficar condicionadas por alguns

factores que se reflectem no seu comportamento, nos vários tipos de aplicação. Alguns desses

factores são a humidade, a temperatura, o tempo e a solicitação, cujos efeitos na rigidez e no

mecanismo de rotura dos compósitos podem ser graves.

Obviamente, torna-se fundamental identificar as situações mais críticas e que interessam às

estruturas de betão, de modo a determinar, posteriormente, procedimentos racionais para o

projecto.

(i) - Humidade e Temperatura

A combinação das acções com ambientes adversos, como a presença de humidade e de

elevada temperatura, podem interferir nas propriedades de um compósito, impostas

principalmente pela característica da sua matriz termoendurecível, proporcionando uma

aceleração na deterioração do material constituinte deste.

Se a matriz do compósito de FRP permitir a absorção de água, as propriedades mecânicas

do produto podem ficar comprometidas. As aplicações destes produtos em regiões sujeitas a

invernos e estios rigorosos, ou seja, com grandes amplitudes térmicas, o efeito do ciclo gelo e

degelo pode intervir, igualmente, no comportamento futuro dos compósitos. Destes casos,

conclui-se, ser imprescindível seleccionar o tipo de matriz para o produto compósito, em

consonância com as condições ambientais eventualmente actuantes sobre a estrutura a

executar.


49

Apesar de se verificar que a maioria dos compósitos não é directamente inflamável e

apresenta comportamento satisfatório a elevadas temperaturas (Schwartz, 1992; Franke,

1981), deve existir alguma preocupação, por parte do projectista, em informar-se junto do

fornecedor sobre estes aspectos. A resina utilizada na composição da matriz de um produto de

FRP pode comprometer o elemento estrutural onde foi aplicada, quando sujeita a um incêndio

durante algum tempo. Por exemplo, nas aplicações em elementos de betão é conveniente

estudar o recobrimento dos varões ou cabos usados, assim como a sua matriz, para que se

garanta o tempo de resistência ao fogo estabelecido no projecto.

Estes parâmetros higrotérmicos são, igualmente, importantes na concepção de estruturas

definidas pelo estado limite de utilização por deformação.

(ii) - Idade

A idade é outro dos factores condicionantes nas propriedades dos compósitos reforçados

com fibras, devido às propriedades viscoelásticas do material compósito. Este determina

significativamente o comportamento à fluência, à relaxação e à dissipação de energia dos

produtos compósitos.

A fluência varia muito com a composição do produto compósito, o volume e a orientação

das fibras. Constatou-se que em varões de FRP sujeitos a condições adversas de carregamento

e de ambiente, quando são aplicadas acções constantes no tempo, pode diminuir o seu tempo

de resistência ou surgir, mesmo, rotura por fluência. Ensaios realizados por Budelman e

Rostasy (1993) concluiram que a tensão de rotura em varões de GFRP diminui, se o valor das

acções constantes a que ficam submetidos, for limitado a 60% da rigidez a curto prazo do

provete.

Existem dificuldades, ainda, em avaliar o comportamento destes produtos ao fim de

bastante tempo. A falta de informação neste campo introduz, naturalmente, obstáculos à

determinação da deformação a longo prazo de estruturas de betão armado compostas com

produtos de FRP.


50

A acção dinâmica das solicitações e o tipo de propriedades viscoelásticas do produto

compósito podem intervir no efeito de amortecimento destes. Este efeito é relevante quando

as estruturas são sujeitas às acções sísmicas.

(iii) - Radiações Ultra-violetas

A presença de raios ultra-violetas, derivados da luz solar, proporciona reacções químicas

na matriz de um compósito, com consequente degradação das suas propriedades. Este facto

deve ser analisado, nomeadamente, em aplicações de reforço estrutural exterior, devido à forte

probabilidade de exposição solar. Nestas circunstâncias, um técnico deve exigir a introdução

de aditivos apropriados para proteger o compósito desse efeito.

Esta situação não é extensiva ao caso dos produtos compósitos de FRP serem aplicados no

interior das estruturas de betão, como o são os varões e os cabos de pré-esforço em material

compósito.

(iv) - Corrosão

A principal vantagem de um compósito relativamente aos produtos metálicos é a sua

elevada resistência à corrosão, quando exposto a ambientes agressivos como a aproximidade

do mar ou de regiões fabris, e ainda na presença de produtos químicos.

Porém, convém referir algumas situações onde estes novos produtos não estão totalmente

controlados, como por exemplo:

1 - As fibras de vidro são deterioráveis perante o ambiente alcalino desenvolvido no seio

do betão;

2 - Nestes compósitos é desconhecido, ainda, o efeito a longo prazo da acção do sal e de

produtos químicos utilizados para o degelo em pavimentos rodoviários, de regiões

com invernos rigorosos;


51

3 - Não é totalmente conhecido, igualmente, o comportamento dos compósitos a longo

prazo quando submetidos a ambientes fortemente ácidos.

(v) - Solicitação

O tipo de solicitação, natureza estática, dinâmica ou sistema cíclico, podem intervir nas

propriedades dos compósitos, nomeadamente ao nível da fadiga.

A resistência à fadiga, nos produtos derivados dos compósitos de FRP, é relativamente

pouco conhecida, sendo consequência da escassa informação desenvolvida nesta área. São

excepção alguns artigos publicados sobre a investigação da fadiga em varões e cabos

aplicados normalmente na execução de pontes, cuja estrutura está sujeita a um vasto número

de acções cíclicas. Verificou-se, nestas aplicações, que a generalidade dos compósitos

reforçados com fibras de elevado desempenho (grafite, carbono e aramida) quando

submetidos a acções cíclicas, quer os varões quer os cabos utilizados no pré-esforço,

apresentaram melhor resistência à fadiga do que os equivalentes em aço. Quando o reforço é

executado com fibras de vidro, esses produtos comportaram-se, pelo contrário, pior do que os

anteriores (Schwartz, 1992; Iyer, 1991), havendo rotura no material sob a acção de

solicitações constantes, designadas por fadiga estática.

As propriedades à fadiga de um material compósito são bastante boas quando as

solicitações têm a direcção das fibras, e insuficientes para carregamentos transversais ou de

corte. Na ausência de modelos matemáticos de caracterização destas propriedades, a sua

obtenção é, tipicamente, determinada por via experimental, definindo-se, em seguida, curvas

de relação tensão-ciclos de carga. Entretanto, é possível encontrar base de dados para

compósitos solicitados unidireccionalmente e informações reduzidas para outros géneros de

solicitação, como o são, concretamente, as ancoragens, as dobragens nos estribos e as

intersecções nas redes bidimensionais de varões.


52

(vi) - Mecanismo de amarração

O estabelecimento de um mecanismo de amarração, para varões e cabos de pré-esforço (pré

ou pós tensão) em estruturas de betão, é hoje bastante difícil, com soluções ainda distantes da

óptima. O principal obstáculo a essas soluções resulta destes disporem de uma resistência

baixa na direcção transversal, o que provoca inúmeras vezes, a rotura localizada nas zonas das

amarrações por incapacidade do material ao efeito combinado das tensões de corte e de

esmagamento (Faza, 1991). Nestas circunstâncias, a capacidade resistente de um cabo ou

varão de FRP utilizados nas aplicações correntes resultará da conjugação entre a resistência do

produto compósito e o sistema de ancoragem seleccionado. O projecto ideal, para um sistema

de ancoragem destes materiais, deve criar tensões de contacto uniformes ao longo de todo o

seu comprimento, evitando-se tensões pontuais nas extremidades do sistema.

Informações recolhidas a partir de vários documentos, reportando-se à criação deste tipo de

mecanismo, indicam que existem duas situações diferentes de aplicação. A primeira, surge

quando as amarrações são ancoragens provisórias para aplicação da pré-tensão e a segunda,

quando estes mecanismos têm carácter permanente na estrutura (Dolan, 1993).

A figura 13 representa as configurações mais comuns para as ancoragens de varões ou

cabos compósitos, cujo princípio de execução é identificado pela utilização de cunhas ou de

uma resina, excepto nos poucos casos com cabos de aramida não impregnados em resina.

Cada um desses sistemas pode surgir sob as seguintes formas: cone com jogos de cunhas (a);

casquilho com cunha única (b); manga preenchida com resina (c); cone com cunha formada

por resina (d); envolvimento directo com manga metálica (e). Algumas variantes a estas

situações têm sido apresentadas ultimamente, como consequência directa do investimento no

aperfeiçoamento e no ajuste aos produtos comercializados, facilmente consultáveis nos

documentos de homologação de produtos internacionais fornecidos pelos Japoneses (TOKYO


53

Figura 13 - Configurações gerais de alguns sistemas de ancoragem (Dolan, 1993)


54

Rope, FiBRA, TECHONARA, etc.), pelos Europeus (ARAPREE, PARAFIL, POLYSTAL,

etc.) ou outros, e em trabalhos de investigação referidos por autores como Kaci (1989), Wu

(1990), Dolan (1993) Erki e Rizkalla (1993).

Modelos Matemáticos e Ensaios

Wu (1990) desenvolveu, no âmbito do trabalho de investigação realizado para o

doutoramente, um modelo teórico de interpretação das propriedades mecânicas de varões em

material compósito de FRP.

O modelo em causa utiliza as relações micro, meso e macro-mecânicas para prever as

alterações higrotérmicas nas propriedades dos materiais compósitos, devidas aos efeitos da

temperatura e humidade. É utilizada uma formulação tridimensional em elementos finitos,

onde os efeitos transversais são incluídos, permitindo avaliar o comportamento de varões de

FRP sujeitos simultaneamente a acções estáticas e efeitos higrotérmicos do ambiente.

Tudo o que foi exposto anteriormente sobre a caracterização das propriedades dos produtos

compósitos de FRP carece de uma aceitação universal e de um controlo de qualidade da

produção, ambos por via experimental e alargados a todos os materiais. A normalização dos

ensaios para estes fins torna-se imprescindível, quer a nível das fibras (vidro, carbono e

aramida) como das matrizes (poliester, vinilester, epóxido e fenólica), relativas às aplicações

em engenharia. Todas as referências aqui mencionadas incluem, unicamente, reforços com

fibras contínuas.

A "American Society for Testing and Materials, Committee D 30" publicou uma

compilação de "ASTM standards" e referências bibliográficas para "Fibras de Elevados

Módulos e seus Compósitos" (ASTM, 1992), que incluem métodos de ensaio e

instrumentação normalizados. Os ensaios estabelecidos para as fibras, as resinas e alguns

produtos estão divididos em dois grupos, dos quais um está associado aos derivados com

fibras de vidro e o outro faz abordagem aos compósitos com elevado módulo de elasticidade,

como os casos dos reforços em fibras de carbono. No anexo A, está indicada uma distribuição


55

das propriedades segundo os ensaios já catalogados pela "ASTM", com a menção da

respectiva referência (ACI, 1993), e que podem ser do tipo:

1 - Varões compósitos de GFRP

− ensaio de tracção uniaxial;

− ensaio de resistência à flexão;

− ensaio de resistência ao corte horizontal (viga curta);

− ensaio de fluência e relaxação.

2 - Varões compósitos com elevado módulo de elasticidade

− ensaio de tracção uniaxial;

− ensaio de flexão e corte horizontal (como a "ASTM" não os tem definidos, para este

tipo de material, recomenda-se os indicados para os compósitos de GFRP).

3 - Placas de compósitos

− ensaio de tracção e compressão;

− ensaio de flexão;

− ensaios de fadiga, fluência e relaxação.

4 - Cabos compósitos

− ensaio de tracção;

− ensaio de carga constante a curto (48 horas) e a longo prazo;

− ensaio de tracção-fadiga.


56

Wu realizou, igualmente, ensaios experimentais no âmbito do trabalho já referido de 1990,

para aferição das propriedades à:

1 - Tracção: ensaio uniaxial de tracção com a máquina de "Boldwin Universal Testing";

2 - Compressão: ensaio uniaxial de compressão de acordo com as especificações da

ASTM D695;

3 - Torção: ensaio de torção com a máquina "Reihle";

4 - Flexão: ensaio de carga em três pontos.

O artigo de Dolan (1993) expõe um conjunto de experiências realizadas por alguns autores

no domínio da aplicação dos novos produtos em material compósito de FRP, nomeadamente

os varões e os cabos de pré-esforço. Este artigo pretende alertar para uma série de factores que

podem intervir nas propriedades destes produtos, salientando-se exemplos de:

1 - Ensaio de flexão, realizados por Ehsani, com varões de GFRP para aferição do

comportamento destes em termos de aderência;

2 - Comportamento de cabos de GFRP pré-esforçados, integrados em estacas, em face da

deterioração devido à presença de soluções alcalinas, Universidade de South Florida

(USA), Sen;

3 - Análise da durabilidade de varões e cabos de AFRP efectuados no Japão e descritos

num artigo de Nanni et al.;

4 - Ensaios de fadiga, analisados por Walton, em varões de CFRP e AFRP utilizados em

aplicações de pré-esforço;

5 - Estudo da variação de rigidez de placas de GFRP solicitadas por acções cíclicas, Ellyin;

6 - Testes sobre o comportamento de mecanismos de amarração de varões e cabos de pré-

esforço efectuados por investigadores como Iyer (1988), Sipped (1992), Holte e Dolan


57

(1993), no dominio de aplicações de pré-tensão com caracter provisório. Para os casos

de sistemas de ancoragens com epóxidos, destinados a pré-esforço definitivo, vários são

os ensaios realizados pelos autores Porter (1991), Mattock (1989) e Holte da

Universidade de Wyoming (1993);

7 - Testes efectuados por Dolan sobre a relaxação de cabos de pré-esforço.

4.2 - Comportamento das estruturas de betão

Esta secção destina-se essencialmente a evidenciar os factos mais importantes de trabalhos

realizados, nestes ultimos 6 anos, por vários autores no domínio da análise experimental sobre

o comportamento de elementos de betão, compostos com produtos do tipo FRP

comercializados hoje em dia. As informações recolhidas nesses documentos são repartidas

segundo os dois maiores campos de intervenção dos compósitos reforçados com fibras no

domínio da engenharia civil. Primeiro abordam-se os aspectos ligados aos elementos de betão

armado, e seguidamente referem-se os factos associados aos elementos de betão pré-

esforçado. Em ambos os campos distinguem-se os elementos de betão, armados internamente

dos reforçados externamente.

4.2.1 - Betão armado

Os elementos de betão analisados neste grupo incluem a comparticipação de produtos

compósitos, reforçados com fibras, aplicados sob a forma de varões destinados a armaduras

ordinárias, ou sob a forma de chapas (ou películas), para reforços exteriores.

Os primeiros podem apresentar-se como armaduras unidireccionais de vigas ou como

armaduras em forma de grelha, com disposição bidimensional ou tridimensional, destinadas a

lajes. Reserva-se aos segundos a hipótese de se apresentarem como reforços unidireccionais


58

colados exteriormente aos elementos, como produtos de confinamento exterior de chaminés e

de pilares ou como reforço exterior de paredes.

Varões

Os estudos realizados até à data reportam-se ao comportamento de vigas e lajes ensaiadas

por diversos investigadores, já aplicadas em estruturas de edifícios e de pontes. Nestas

circunstâncias há a salientar os factos seguintes:

(i)-Resistência à Flexão

− O comportamento conjunto do betão-compósito até à ruína do sistema estrutural deve

ser previsto através da definição da curva momentos-rotações. Este comportamento

considerará aspectos como a elevada resistência à tracção, o baixo módulo de

elasticidade e o comportamento linear elástico frágil até à ruína dos produtos

compósitos;

− A interferência da percentagem de armadura de FRP nos modos de ruína é importante

para a avaliação das percentagens mínimas e máximas a utilizar no projecto;

− A inclusão dos varões de FRP nas fibras comprimidas da secção de betão pode,

eventualmente, vir a ser vantajosa em futuras investigações;

− É importante tratar a superfície dos varões (nervurar com fibras enroladas ou pintar

seguido de pulverização de areia) para garantir aderência ao betão e permitir a

transferência de esforços. A anisotropia cria algumas dificuldades nesta área,

nomeadamente na definição das condições de amarração;


59

(ii)-Resistência ao Corte

− A comparticipação dos FRP na resistência ao corte é ainda polémica devido às

propriedades anisotrópicas, já expostas anteriormente, dos produtos compósitos. No

entanto, confirma-se ser reduzida a resistência nestes elementos;

− A utilização de estribos em FRP não é totalmente dominada, havendo necessidade de

estudar este assunto para definir o número, a amarração e o afastamento entre eles, de

modo a evitar-se roturas frágeis por corte;

(iii)-Em Serviço

− As propriedades dos materiais compósitos proporcionam, nestes elementos de betão,

maiores deformações e fendilhações do que os homólogos em betão armado corrente.

Estes obrigam a um controlo mais apertado no dimensionamento aos estados limites de

utilização;

− As informações sobre as características do comportamento na ligação varão-betão são

preponderantes para a precisão do funcionamento destes elementos em serviço;

(iv)-Ductilidade da Estrutura

− O comportamento linear elástico sem plastificação até à ruína, manifestado pelos

produtos compósitos, cria dificuldades à mobilização do conceito de ductilidade da

estrutura. O sentido negativo deste efeito pode ser esbatido se se considerar que os

elementos reforçados com FRP apresentam grandes deformações antes de atingir o

colapso, e esse sim, de modo frágil;

− O conceito habitual de ductilidade, inúmeras vezes utilizado em projecto, pode criar um

sentido falso de segurança nesse contexto. Em muitas circunstâncias é mais adequado

recorrer-se a uma redistribuição de esforços, apesar de existir dificuldade em ser

quantificada;


60

− Este facto é primordial nos cálculos de estruturas de betão submetidas a acções

sísmicas, onde algumas opções devem ser tomadas para melhorar aquelas (Pilakoutas e

Waldron, 1995), como por exemplo confinar lateralmente o betão nas zonas

comprimidas; conceber secções híbridas de FRP com diferentes características à rotura;

recorrer à definição de um comportamento pseudo-plástico da ligação; incrementar a

hiperestaticidade da estrutura.

Reforços Exteriores

A aplicação desta técnica envolve, geralmente, o reforço ou a reabilitação de estruturas de

betão já existentes. Há, actualmente, uma série de trabalhos de investigação neste domínio,

com repercussão na Europa, com aplicações a nível do reforço/reabilitação de vigas e

tabuleiros de pontes; no Japão, em situações de encamisamento de pilares para reforço às

acções sísmicas; e nos EUA através do confinamento de pilares e chaminés fabris em

estrutura de betão armado. Desse modo, salientam-se, em seguida, alguns factos que merecem

apreciação cuidada dos técnicos:

(i)-Produto Compósito

− Os vários estudos efectuados mostram ser possível aplicar várias formas de chapas ou

películas para reforçar, encamisar ou confinar os elementos de betão;

− É importante estudar o produto mais adequado para a situação em causa, em termos de

resistência, rigidez e extensão na rotura, com o objectivo de encontrar a solução óptima

e mais económica;

(ii)-Cola

− O sucesso da técnica em análise está dependente do comportamento da resina (cola)

utilizada na ligação das chapas aos elementos de betão;


61

− Para esta aplicação deve sempre ensaiar-se vários tipos de colas, sob o ponto de vista da

resistência à tracção e ao corte, do módulo de elasticidade, da espessura, da deformação

na rotura, das condições de humidade e temperatura, entre outras propriedades;

(iii)-Interfaces da Ligação

− O comportamento entre as faces de ligação do compósito com o elemento tem de estar

caracterizado, para que o ganho em resistência e ductilidade do elemento, não seja

reduzido por efeitos de escorregamento entre eles;

(iv)-Resistência à Flexão

− O aumento de resistência de um elemento reforçado com chapas de FRP é contabilizado

pelo acréscimo do momento interno, na secção em estudo, devido à presença da tensão

de tracção no compósito;

(v)-Resistência ao Corte

− O reforço exterior, utilizado para aumentar a capacidade das vigas de betão ao corte,

consiste na colagem de chapas de material compósito reforçado com fibras tecidas, nas

almas destas;

− No Japão, diversos são os casos relatados de pilares (edifícios e pontes) e chaminés de

betão armado, envolvidos exteriormente por cordões tecidos em espiral de fibra de

carbono, com significativo aumento da resistência ao corte (aproximadamente 50%) e

da ductilidade desses elementos;

(vi)-Fadiga

− Como a técnica do reforço exterior é potencialmente aplicável à reabilitação de pontes, é

fundamental caracterizar a resistência à fadiga da ligação compósito-betão realizada

pela cola. Em consequência do efeito cíclico das acções nas pontes, este factor pode

intervir na segurança e durabilidade dos objectivos da ligação;


62

(vii)-Durabilidade

− Uma vez que funcionam aplicados exteriormente, este sistema tem que resistir à

agressividade do meio que os envolve;

− É importante controlar o comportamento a longo prazo destes elementos,

principalmente quando sujeitos a efeitos cíclicos de gelo e degelo em regiões com

grandes amplitudes térmicas, apesar de existirem bases de dados em número reduzido;

(viii)-Resistência ao fogo

− Como estes sistemas são aplicados exteriormente, logo susceptíveis de exposição a

incêndios, é necessário haver garantias de resistência efectiva ao fogo, tanto do material

compósito como da cola de ligação;

− Na confecção dos produtos compósitos, deve haver a preocupação de instituir este com

propriedades apropriadas, para evitar a deflagração do fogo e a libertação de gases

tóxicos, durante o período de resistência a um incêndio estipulado no projecto em

questão. Estas propriedades podem ser agravadas quando a estrutura está solicitada;

(ix)-Encamisamento

− Este sistema tem sido testado em elementos de secção circular e prismática;

− As películas de envolvimento constituídas por fibras de carbono são condicionadas pela

rotura frágil devido à baixa capacidade de deformação;

− Os elementos prismáticos ou outros com arestas salientes devem ser chanfrados, antes

do encamisamento.

Análise Experimental

Os trabalhos efectuados nos últimos 6 anos, contemplando análise experimental com

elementos de betão armado, são resumidos neste item e segundo dois grupos principais que


63

envolvem: primeiro, os elementos de betão armados com os novos produtos de FRP (quadros

indicados no anexo B) e segundo, os elementos de betão armado reforçados ou reabilitados

com aplicações exteriores de produtos compósitos de FRP (quadros indicados no anexo C).

4.2.2 - Betão pré-esforçado

Os produtos compósitos de FRP têm um funcionamento ideal, quando aplicados em

elementos estruturais de betão, se forem pré-esforçados. Nestas condições, estes produtos

tornam-se vantajosos em relação aos metálicos, por possuirem resistência à corrosão, elevada

resistência à tracção e apresentarem perdas menores por fluência e retracção do betão.

Os elementos de betão analisados neste grupo traduzem os casos de aplicação de produtos

inseridos nas peças de betão ou como reforços exteriores. Para os primeiros, destacam-se

casos de vigas e lajes pré-esforçadas por varões ou cabos de FRP (com fibras de vidro,

carbono ou aramida). Os segundos, para além das formas já indicadas no grupo dos elementos

em betão armado, podem apresentar-se ainda como cabos pós-tensionados aplicados

exteriormente.

Cabos e Varões

Inúmera investigação realizada para os varões não pré-esforçados é extensiva a cabos e,

igualmente, a varões pré-esforçados utilizados em vigas e lajes de betão. O sistema aplicado

nestes elementos de betão, envolve, geralmente, a pré-tensão desses produtos, de uma forma

aderente ou não ao betão sendo raros os casos de vigas pós-tensionadas. De toda a informação

recolhida até ao momento convem evidenciar alguns aspectos, além dos já referidos no grupo

anterior:


64

(i)-Resistência

− O comportamento destes materiais até à ruína é do tipo linear-elástico;

− Os modos de ruína identificados em vigas de betão são devidos à ruína do cabo, do tipo

frágil, ou por esmagamento da secção comprimida do betão. Esta última pode tornar-se

mais dúctil se for colocada armadura de aço ao nível da zona comprimida;

(ii)-Aderência

− A caracterização das tensões de aderência dos cabos é indispensável para a definição das

regras de transferência de tensões entre compósito-betão, nomeadamente, no

estabelecimento do seu comprimento;

− Esta propriedade interessa só aos cabos ou varões pré-esforçados e aderentes;

(iii)-Condicionamento das Tensões

− A nível de projecto como em fase de aplicação do pré-esforço nos elementos de betão, é

necessário conhecer os limites possíveis das tensões aplicáveis ao equipamento de pré-

esforço e ao sistema de transferência;

− Estas tensões estão, igualmente, condicionadas pela resistência à tracção dos cabos;

(iv)-Ancoragens

− Devido ao comportamento anisotrópico dos produtos compósitos, manifestado por um

valor baixo da resistência transversal, impõem-se fortes limitações à criação de sistemas

de ancoragens para os cabos ou varões pré-esforçados;

− Os trabalhos mais recentes sobre a aplicação nesta área referem o esforço de

investigação de vários autores no sentido de adequarem um mecanismo de amarração

compatível com os dois factores condicionantes: baixa resistência ao corte do compósito


65

e comprimento de ancoragem aceitável com o processo de execução do elemento de

betão;

− As ancoragens devem estar em conformidade com o objectivo de se pretender um pré-

esforço provisório ou definitivo. O primeiro interessa para pré-tensionar os cabos e o

valor da tensão envolvida é normalmente metade da capacidade destes. No segundo, o

sistema de ancoragem é importante porque, além de envolver tensões maiores, tem que

garantir o funcionamento a longo prazo.

Reforços Exteriores

Este sistema envolve os casos indicados anteriormente no grupo dos elementos de betão

(item 4.2.1) e, eventualmente, as situações de reforço estrutural por aplicação exterior de

cabos de pré-esforço, em pós-tensão. Os aspectos a salientar, neste sistema, são os mesmos do

grupo anterior relativo a betão não pré-esforçado além dos referidos para os cabos e varões

pré-esforçados.

Análise Experimental

Um resumo dos trabalhos efectuados recentemente por vários autores é apresentado neste

item. Eles abordam, essencialmente, a investigação experimental de modelos de

comportamento de elementos de betão armado com produtos de FRP pré-esforçado (quadros

indicados no anexo D).


66

5. ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE BETÃO REFORÇADAS

5.1 - Técnicas

Os materiais como o aço, o betão, o alumínio e a madeira têm propriedades bem definidas

que podem ser consultadas em vários documentos de engenharia. Já os compósitos reforçados

com fibras têm propriedades que, referidas na secção anterior, podem variar com a orientação

e a localização no elemento a reforçar.

A tentativa de expandir a utilização dos compósitos de FRP, em reabilitações estruturais

bem como na generalidade dos projectos de construção, impõe que os requisitos do

comportamento dos materiais e as técnicas de aplicação devam ser claramente

compreendidos. Depois de assimilados, o engenheiro ou o arquitecto podem trabalhar com o

domínio dos materiais compósitos de modo a desenvolverem especificações de desempenho

dos mesmos em circunstâncias adequadas. Estas especificações devem ser obtidas a partir de

critérios de dimensionamento e da análise do comportamento do produto ou do elemento

estrutural em questão. No entanto, os critérios e as técnicas de análise para o

dimensionamento não estão concluídos e sobretudo as interpretações dos conceitos essenciais

não são unívocas, segundo informações recolhidas nesta área o que, consequentemente, tem

protelado o surgimento de especificações técnicas, de regulamentos e de ensaios

normalizados para o projecto de estruturas de betão reforçadas com materiais compósitos de

FRP.

Actualmente, o nível técnico de análise e dimensionamento dos elementos de betão,

armados com materiais compósitos de FRP, resume-se a um conjunto de princípios de

engenharia (ACI, 1993), concluídos a partir das informações recolhidas ao longo da

investigação experimental recente, nesta área. Contudo, como a base de dados sobre os novos


67

materiais é escassa e o seu comportamento é, apesar de tudo, bastante diversificado, existe

alguma controvérsia entre investigadores quanto ao estabelecimento geral desses princípios,

para a previsão do comportamento dos materiais compósitos aplicados aos elementos de

betão. A excepção é feita para os varões de GFRP, cujo modelo de caracterização das

propriedades e do respectivo comportamento em vigas de betão armado ou pré-esforçado, que

vem sendo desenvolvido por autores em diferentes centros de investigação, nomeadamente, o

"Constructed Facility Center" em West Virginia, permite balizar com fiabilidade os requisitos

essenciais para o dimensionamento.

De um modo geral, os projectistas podem habilitar-se ao dimensionamento destes sistemas

através da selecção de umas das três técnicas de análise possíveis:

(i)- Métodos analíticos, que envolvem um procedimento iterativo para a determinação da

análise de tensões globais devidas a um tipo de acção. Neste grupo incluem-se os

métodos de análise como a lei das misturas, a teoria das placas laminares, o método

iterativo de resistência dos materiais (Rice, 1996) e os métodos estatísticos,

nomeadamente, a análise probabilística dos compósitos (Chamis e Shiao, 1996);

(ii)- Métodos numéricos, cujo principal exemplo é a formulação por elementos finitos, que

necessita do conhecimento da geometria da estrutura e das características dos materiais

de modo, por exemplo, a obter-se uma análise completa das tensões (Quantrill et al.,

1995). Em problemas onde, por exemplo, o comportamento à flexão é predominante, o

método de análise simplificada da secção é o indicado, por ser rápido e eficiente

(Pilakoutas et al., 1995);

(iii)- Análise experimental, que permite obter resultados precisos para uma configuração

particular. Como esta análise engloba geralmente a realização de modelos à escala

natural, com custos e tempos elevados, e representa as condições reais do sistema, este

método é utilizado para aferir os modelos analíticos e numéricos de previsão.


68

Na ausência de regulamentos específicos para os novos materiais, as técnicas mencionadas

têm que ser interpretadas segundo uma filosofia geral de dimensionamento que envolve os já

referidos princípios gerais de engenharia.

Os princípios mais importantes vão ser resumidos em seguida e pretendem traduzir as

conclusões, simplificações e sugestões descritas em vários documentos de investigação,

vinculados a grupos de trabalho de normalização. Refira-se que muitos dos assuntos aqui

discriminados traduzem a preocupação em reajustar parâmetros, equações e princípios de

comportamento, de normas e regulamentos existentes para estruturas de edifícios e pontes

correntes, de forma a contemplar a integração dos compósitos de FRP.

Modo de ruína

O projectista não deve ignorar os vários modos de ruína possíveis para os elementos de

betão armados, pré-esforçados ou reforçados exteriormente com os materiais compósitos.

Contrariamente ao dimensionamento em betão armado com varões de aço, há vários autores

que admitem, em projecto, ser mais seguro estabelecer a ruína por esmagamento de betão.

Para minimizar a possibilidade de ocorrer ruína por incapacidade dos produtos de FRP, que é

frágil e violenta, aqueles recomendam a utilização de factores de redução de capacidade à

tracção do compósito, definindo um ponto de pseudo-plastificação do material (Faza e

GangaRoa, 1993; Dolan, 1993; Nanni, 1993).

No caso das vigas de betão armado reforçadas exteriormente por colagem de chapas de

FRP, pode esperar-se também roturas nos sistemas de ancoragens ou escorregamentos das

superfícies de ligação, por incapacidade ao corte.

Hipóteses fundamentais

A generalidade dos sistemas estruturais com compósitos devem ser analisados,

essencialmente, à flexão. Assim, as técnicas de análise do modelo matemático de

comportamento desses sistemas admitem as seguintes hipóteses fundamentais:


69

(i) - Elementos de Betão Armado ou Pré-esforçado

− princípio do equilíbrio da secção;

− princípio da compatibilidade de deformações;

− princípio de Navier-Bernouilli, onde as secções planas mantêm-se planas depois de

deformadas;

− relações constitutivas dos materiais betão, aço e compósito;

(ii)- Elementos de Betão Reforçado Exteriormente

− os princípios anteriores são aqui válidos;

− deve ser estabelecida a relação de compatibilização ao corte da camada interlaminar de

ligação da chapa ao betão, no caso de chapas coladas.

Do ponto de vista das relações constitutivas dos materiais, os documentos de investigação

referem que à distribuição de tensões de compressão no betão ajusta-se o diagrama de tensões

rectangular e aos compósitos unidireccionais associa-se o diagrama de tensões de tracção

linear elástico até à rotura, sem plastificação. Estes últimos apresentam, igualmente, um baixo

módulo de elasticidade à tracção, comparado com o do aço, e uma resistência condicionada

pelo tempo, cuja variação a longo prazo ainda não foi totalmente assimilada pela análise

experimental. Por isso, actualmente, muitos projectistas e investigadores limitam as acções

máximas, com carácter permanente, nos compósitos entre valores de 50% a 60% da

capacidade resistente destes à tracção (ACI, 1993). O funcionamento à compressão nestes

materiais não é, ainda, totalmente dominado devido à ocorrência de fenómenos como o

empenamento e a instabilidade elástica das fibras.


70

Resistência à flexão

Dolan (1993) admite a possibilidade de se dimensionar à flexão os reforços da FRP,

segundo três critérios aproximados:

(i) - Métodos das Tensões de Serviço

− a estrutura é examinada pelo seu módulo de elasticidade e pelas tensões de serviço;

− o baixo módulo de elasticidade e a limitação das tensões de tracção permitem

controlar a deformação e a fendilhação;

− este método não é adequado para o comportamento do betão pré-esforçado.

(ii) - Método da Resistência de Cálculo

− no dimensionamento admite-se que a ruína ocorre, quando é atingida a capacidade à

tracção do FRP ou quando a deformação por compressão no betão atinge εc = 0,003

(ver a figura 14);

Figura 14 - Relação de resistência para o betão armado com compósitos de FRP (Dolan, 1993)


71

− este método é aplicável ao betão armado e ao betão pré-esforçado;

− inicialmente, utilizou-se a equação de previsão da resistência à flexão, proposta pelo

ACI-318 (1989/1992), o que conduziu a valores não conservativos. Faza e

GangaRoa, e outros investigadores sugerem a diminuição desse valor, para aumentar

a segurança em relação à ruína, através da utilização de coeficientes de redução da

capacidade. Desse modo, para evitar também a ocorrência indesejável do colapso

frágil pelo compósito, estabeleceu-se a definição de um ponto pseudo-plástico no

diagrama de tensões do compósito, na ordem de 0,70 a 0,80 da sua resistência à

tracção última.

(iii) - Estados Limites de Cálculo

− este método está na linha dos actuais regulamentos e resulta de uma proposta de

identificação de estados limites previsíveis para as estruturas compósitas, sugeridas

por Head (1986, 1992);

− os estados limites, em questão, são a resistência à flexão, a resistência ao corte, a

deformação, a ductilidade, a aderência e a amarração;

− está implícito, neste critério, a necessidade de se estabelecer limites para as acções

máximas de colapso e para as deformações admissíveis em serviço;

− este método baseia-se, essencialmente, nos critérios apresentados pelo ACI-318 para

as estruturas de edifícios e de pontes constituídas por materiais correntes, com

algumas reservas em determinados aspectos.

Para além destes critérios, o projecto destes sistemas estruturais deve contemplar outros

aspectos obtidos a partir da evolução natural da investigação, que pretende esclarecer e

instituir fiabilidade na previsão do comportamento dos novos materiais. Sendo assim,

destacam-se, seguidamente, algumas observações pertinentes para as situações concretas de


72

elementos armados com sistemas de FRP não aderente e de elementos reforçados

exteriormente por colagem de chapas de material compósito.

(a) - Armaduras não aderentes (ACI-440, 1993)

− incluem-se neste grupo as aplicações pré-esforçadas (pré-tensão ou pós-tensão) com

cabos não aderentes, cujo exemplo mais significativo são os cabos PARAFIL

(Burgoyne, 1988);

− o sistema de ancoragem é o elemento essencial de segurança do produto compósito

porque vai responsabilizar-se pelo estabelecimento da capacidade resistente à tracção

do cabo e vai adequar-se à forma de aplicação do pré-esforço. Os sistemas mais

correntes e seguros são as ancoragens com resina de epóxido;

− se o esforço no cabo for mantido abaixo de 60% da sua capacidade última, o perigo

de ruína nas condições correntes de funcionamento das vigas em edifícios e pontes, é

remoto;

− a rigidez à flexão é determinada pela tensão de tracção no cabo, isto é por integração

da variação das extensões ao longo do desenvolvimento da viga. A utilização das

equações indicadas na norma ACI-318, para cabos não aderentes, conduz a tensões

superiores às esperadas no cabo.

(b) - Reforços exteriores com chapas coladas (NEFEMS, 1995)

− as informações referem-se, principalmente, aos compósitos reforçados com fibras de

carbono CFRP, na medida em que apresentam melhor desempenho neste grupo;

− o dimensionamento deve partir do princípio básico de que existe um material

anisotrópico não homogéneo (a viga em betão armado), ligado a um material

ortotrópico igualmente não homogéneo (a chapa de FRP). O nível de fiabilidade do

dimensionamento depende do grau de conhecimento da transferência de tensões entre


73

os diferentes materiais nas diferentes formas;

− em elementos não pré-esforçados, concluiu-se que o dimensionamento à flexão é

adequado segundo os métodos correntes utilizados pelos reforços com produtos

metálicos. Nestes casos, as chapas de CFRP apresentam bom comportamento à

fadiga;

− num elemento pré-esforçado, o trabalho de investigação de Meier permite deduzir

que para ocorrer o melhor aproveitamento da resistência à flexão o sistema de

colapso deve envolver, simultaneamente, a ruína por delaminação da chapa de CFRP

e a plastificação da armadura de aço, antes do esmagamento por compressão do

betão;

− ainda para estes últimos elementos, as tensões e as deformações podem ser

calculadas pelos métodos convencionais;

− o pré-esforço reduz o efeito de descolamento eventual das chapas, cuja probabilidade

é maior nos produtos laminares não pré-esforçados.

Resistência ao corte

A informação disponível até ao momento permite concluir que é bastante reduzida a

investigação no domínio da avaliação da capacidade resistente ao corte de elementos de betão

reforçados com compósitos de FRP. Com efeito, são poucos os registos de ensaios de vigas

armadas com estribos compósitos ou reforçadas exteriormente por colagem lateral de chapas

de FRP (Berset, 1992).

Não há um princípio racional para a definição de critérios de dimensionamento ao corte de

elementos estruturais compósitos. O valor baixo do módulo de elasticidade dos compósitos

proporciona maiores deformações e fendilhações nas estruturas do que a construção corrente

em aço, reduzindo, consequentemente a contribuição do betão na resistência ao corte. Nos

elementos pré-esforçados, como este efeito é menos pronunciado visto que a fendilhação é


74

mais controlada, Dolan (1993) admite utilizar-se as indicações referidas no ACI para a

previsão da contribuição do betão. Nas estruturas não pré-esforçadas este autor sugere que o

dimensionamento ao corte seja realizado em armadura de aço combinada com a armadura à

flexão em material compósito.

Meier (1995) aconselha especial atenção à formação de fendilhação por corte no betão

reforçado com chapas coladas, porque estas podem provocar o destacamento das fibras na

chapa laminar de FRP.

De um modo geral o colapso de uma estrutura por corte deve ser evitado, por sugestão dos

regulamentos, devido ao seu efeito catrastófico. Assim, o dimensionamento ao corte deve ser

realizado de forma a que a sua capacidade seja mais elevada do que o dimensionamento da

capacidade à flexão.

Ductilidade

O tema da ductilidade suscita algumas preocupações aos engenheiros, que preferem

dimensionar estruturas com prévias manifestações de aproximação da ruína do que com

situações de ruína imprevisíveis e abruptas. A definição desta medida aparente de segurança,

designada por ductilidade, varia de estrutura para estrutura de acordo com as condições

estipuladas para a sua utilização.

Como os elementos de FRP não plastificam, a mobilização da sua capacidade será

acompanhada normalmente por grande deformação e elevada fendilhação, que conduzem

rapidamente à ruína da estrutura.

Para evitar esta situação, Mast (1992) propõe um termo de controlo da deformação por

tracção dos elementos estruturais compósitos, a nível de projecto. Apoiando-se na norma

ACI-318, o autor estabelece um limite para a deformação à tracção de ε = 0.005, constituindo

um critério que identifica um início de pseudo-plastificação no compósito e introduz o

conceito de ductilidade da estrutura.


75

Particularmente, em regiões sísmicas onde é importante instituir determinado grau de

ductilidade nas estruturas, as opções para projecto apresentadas na publicação de Pilakoutas e

Waldron (1995) podem auxiliar a contornar o problema. Este assunto tem sido investigado,

por exemplo, no "Center for Cement and Concrete" da Universidade de Sheffield,

principalmente na área do reforço exterior.

Condições de Serviço

Os regulamentos correntes de edifícios e de pontes estabelecem critérios limites para a

deformação e a fendilhação em fase de projecto. Contudo, estes critérios ainda não estão bem

definidos para os elementos de betão reforçados com materiais compósitos de FRP. A

importância deste assunto não reside sobretudo em factos como a corrosão ou a degradação do

material, importantes no betão armado, mas sim relativamente a condicionamentos estéticos e

funcionais da estrutura, visto que os compósitos apresentam propriedades resistentes à

corrosão. As simplificações teóricas a admitir nos modelos analíticos têm sido alvo de grande

controvérsia e discordância entre autores de vários trabalhos de investigação.

As informações obtidas, a partir de ensaios experimentais realizados ao longo desta década,

apontam para estados de deformação e de fendilhação nas estruturas compósitas superiores

aos encontrados nas estruturas correntes de betão armado ou pré-esforçado. Isto deve-se,

essencialmente, ao valor baixo do módulo de elasticidade longitudinal à tracção dos

compósitos, quando comparado com o do aço.

Os comentários referidos na norma ACI - 440 permitem concluir o seguinte:

1 - Nos elementos não pré-esforçados com armaduras de FRP, os valores limites para as

deformações indicados no ACI - 318 podem ser aplicados sem restrições ao tipo de

material. No entanto, alguns autores constataram que a expressão apresentada nessa

norma conduz a previsões da deformação, por defeito, comparativamente com os reais

(Faza e GangaRoa, 1993);


76

2 - O momento de inércia efectivo indicado na norma ACI - 318 permite inferir, como

primeira aproximação, a deformação de elementos pré-esforçados com compósitos de

CFRP ou de AFRP (Dolan, 1993). Outra alternativa para este fim, envolve a

determinação da curvatura em algumas secções ao longo da estrutura e integrar,

seguidamente, o diagrama de momentos-curvatura;

3 - Não existe um critério determinado para a caracterização da aderência e da

transferência de tensões entre os compósitos e o betão, assim como para a

identificação dos comprimentos de amarração e de transferência de tensões dos

compósitos (Faza e GangaRoa, 1993).

Habitualmente, a experiência mostra que a optimização dos produtos de FRP, a redução da

deformação e da fendilhação dos elementos de betão são obtidos se os compósitos forem pré-

esforçados (pré ou pós tensão). Do ponto de vista numérico, o modelo baseado nas técnicas

dos elementos finitos permite caracterizar adequadamente o comportamento destes elementos

estruturais, tanto em fase não fendilhada como em fase pós fendilhada. Neste caso, é

importante definir um modelo constitutivo do betão adequado a estas duas fases.

5.2 - Normalização

A opinião internacional antecipa que os novos materiais, em especial os compósitos,

possam ser a opção racional de reforço e de reabilitação estrutural na construção do século

XXI (El-Mikawi et al., 1996). Segundo Meier (1995) os compósitos reforçados com fibras

têm excelentes hipóteses de aplicabilidade, especialmente em engenharia civil. Contudo,

mesmo num futuro longínquo esta técnica não substituirá os materiais clássicos como o betão,

o aço e a madeira, mas deverá ser compreendida como uma alternativa técnico-económico em

casos específicos.


77

Para que estes factos possam tornar-se realidade é necessário estabelecer critérios

normalizados e regulamentos específicos de projecto. Estes, em regra, constam de princípios

de dimensionamento normalizados, baseados em equações simples de cálculos e auxiliados

por gráficos e tabelas adicionais. Estes princípios são obtidos, geralmente, por via matemática

e são testados experimentalmente. Nestas circunstâncias, os engenheiros e os arquitectos estão

habilitados a conceber, com a confiança necessária, estruturas sob diferentes condições e com

várias aplicações. Além disso, os técnicos passam a ter suficiente responsabilidade na garantia

do comportamento do produto ou da estrutura, em conformidade com o desejado no projecto.

Actualmente, a regulamentação internacional compreende uma grave lacuna quanto ao

estabelecimento de critérios normalizados para o projecto de estruturas de betão com

materiais compósitos. A opinião geral dos investigadores aponta para uma insuficiente

informação proveniente da análise experimental realizada até hoje, o que vai repercurtir-se na

dificuldade em estabelecer critérios para os estados limites de utilização e estados limites

últimos, destas estruturas.

Do item 5.1 conclui-se que os primeiros passos, no âmbito da definição de critérios de

dimensionamento de estruturas compósitas, resultaram na utilização das normas ACI-318/89

(1989) para edifícios de betão armado ou pré-esforçado, como primeira aproximação.

Posteriormente, a investigação nesta área foi progredindo, propondo alternativas de modo a

corrigir deficiências ou omissões nessas normas, na medida em que não estavam ajustadas aos

novos materiais. Recentemente, a nível mundial instituiram-se várias frentes de trabalho, no

sentido de, em conjunto, estabelecerem critérios normalizados para a concepão das estruturas

com os novos materiais. Apesar disso, todo este processo é moroso porque obriga a realizar o

acompanhamento experimental dos modelos teóricos, antes de um princípio de cálculo se

instituir como norma.


78

Entre os vários programas de trabalho destacamos:

− "Canadian Highway Bridge Design Code" (CHBDC de 1995), resultado de um esforço

de reajuste do regulamento canadiano OHBDC de 1979 aos produtos FRP, com a

adição de um capítulo de especificações para o dimensionamento com CFRM "16.

Fiber Reinforced Structures" (Erki e Rizkalla, 1993; Machida, 1996);

− Vários grupos de "Research Sub Committee of JSCE" no Japão têm em curso, desde

1988, um programa para proposta de normalização das aplicações de FRP nos

elementos de betão (Sonobe, 1993). Desses, destacam-se a 1ª subcomissão, pelo

programa de investigação já concluido (1992) subordinado ao tema "aplicação de

materiais reforçados com fibras nas estruturas de betão", e a 2ª subcomissão, pelo

esforço em estabelecer "recomendações para o projecto e a execução de estruturas de

betão utilizando CFRM" que se encontra em fase final de redacção (Machida,1996);

− Espera-se uma versão actualizada da norma ACI-318, que permita alargar a abordagem

aos novos materiais. No momento, existe a publicação ACI-440 (1993) com

comentários e sugestões no campo da aplicação dos compósitos de FRP;

− O "Constructed Facilities Center", West Virginia, tem em curso um programa de

investigação na área dos varões compósitos aplicados ao betão armado ou pré-

esforçado (Faza e GangaRoa, 1993);

− ASCE iniciou, recentemente, o desenvolvimento de standard de conformidade para o

projecto de estruturas de compósitos, quer para fabrico como para aplicação, na

construção civil. Estão envolvidas entidades como a National Science Foundation, a

Federal Highway Administration e o ASCE (Chini, 1996).Neste âmbito, estão já

publicadas as normas ASTM D-30, destinadas a identificar um conjunto de ensaisos

standard para os constituintes e os produtos em material compósito reforçado com

fibras;


79

− Vários centros de investigação europeus colaboram em programas de análise,

envolvendo o reforço e/ou reabilitação exterior de elementos estruturais com colagem

de chapas de material compósito, nomeadamente, o Federal Laboratories for Materials

Testing and Research - EMPA (Suiça), o Centre of Cemente and Concrete da

Universidade de Sheffield e a própria Universidade de Oxford Brookes no âmbito do

programa ROBUST, entre muitos outros centros. Está igualmente em curso, desde

1995, o projecto EUROCRETE (europeu) que envolve os trabalhos de investigação no

domínio global dos novos materiais.

5.3 - Observação de estruturas

Pelas razões apontadas na secção que descreve as técnicas de análise e dimensionamento

de estruturas de betão armadas com materiais compósitos reforçados com fibras, e uma vez

que a experiência nesta área é ainda recente, é difícil responsabilizar um técnico quanto à total

fiabilidade destas estruturas a longo prazo.

As insuficiências na normalização de especificações técnicas para projecto e na

normalização de ensaios e de produtos compósitos constituem uma lacuna grave na indústria

da construção utilizando os novos materiais, o que reforça a pouca aceitação destas novas

técnicas pelos projectistas.

Daqui se conclui que a concepção de estruturas com os novos materiais não termina na fase

de projecto de estabilidade. Após a execução destas, é fundamental acompanhar o seu

comportamento através da observação de alguns parâmetros estruturais a longo prazo. Com

efeito, é necessário garantir, por um lado, a funcionalidade estrutural do compósito de FRP e,

por outro, a compatibilização de deformações entre este e o elemento de betão.

A observação dos elementos estruturais terá que ser prevista em fase de projecto, através da

definição do tipo de instrumentação do elemento e da referência a testes não destrutivos


80

(secção 2.3) a realizar após a execução daqueles. A instituição destes critérios de

acompanhamento estrutural têm a importância equivalente aos coeficientes de segurança da

fase de dimensionamento, transmitindo, assim, alguma confiança aos técnicos.

Simultaneamente, permitem acompanhar a formação e a evolução de mecanismos de

fendilhação o que facilita, posteriormente, a definição de critérios de reparação e/ou reforço

dos elementos estruturais.


81

6. REFRÊNCIAS

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A N E X O A

Anexo A Materiais Compósitos no Reforço de Estruturas de Betão

88

ENSAIOS NORMALIZADOS (ACI 440, 1993)

ASSUNTOS REFERÊNCIAS

FIBRAS

Propriedades Físicas

Densidade ASTM C693

Endurecimento MOH ASTM C693

Propriedades Mecânicas

Resistência à tracção (filamento individual) ASTM D2101

Resistência à tracção ("strand" impregnado) ASTM D2343

Módulo de elasticidade à tracção ASTM D2343

Extensão na rotura ASTM D2343

Dureza ASTM D2343

Fluência ("strand" impregnado) ASTM D2343

Teor de Humidade ASTM D1909

Características Térmicas

Coeficiente de dilatação térmico linear ASTM C696

Coeficiente de condutividade ASTM C177

Ponto de amolecimento ASTM C338

Resistência à inflamabilidade ASTM C2863

Características Electricas

Constante dieléctrica ASTM D150

Factor de dissipação ASTM D150

Resistividade volumétrica ASTM D257

Resistividade superfícial ASTM D257

RESINA

Terminologias ASTM D1600

Propriedades de cura ASTM D5028

Tolerâncias de moldagem e de execução ASTM D3297

Estabilidade térmica de resinas de PVC ASTM D4202

Resinas de Epóxido

Composição ASTM D1652

Especificações da resina ASTM D1763

Viscosidade da resina ASTM D2393

Resinas Termoplásticas

Propriedades mecânicas dinâmicas à compressão ASTM D5026

Propriedades mecânicas dinâmicas à tracção ASTM D5026

Anexo A Materiais Compósitos no Reforço de Estruturas de Betão

89

ENSAIOS NORMALIZADOS (ACI 440, 1993)

ASSUNTOS REFERÊNCIAS

Propriedades mecânicas dinâmicas à flexão em 3 pontos ASTM D5023

Avaliação reológica do polímero fundido ASTM D4440

Resinas Termoendurecíveis

Propriedades mecânicas dinâmicas à compressão ASTM D5026

Propriedades mecânicas dinâmicas à tracção ASTM D5026

Propriedades mecânicas dinâmicas à flexão em 3 pontos ASTM D5023

Características da cura ASTM D4473

Ponto de gel / pico isotérmico ASTM D2471

PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS COMPÓSITOS

ASTM D3039 Tracção, Extensão máxima, Módulo de elasticidade ASTM D0638

Flexão ASTM D790

Compressão ASTM D3410

Corte no plano: 1 - torção tubolar ASTM D732

2 - ± 45° ASTM D3518

Corte interlaminar: 1 - viga curta ASTM D2344

2 - izod / charpy ASTM D256

Fadiga (tracção) ASTM D3479

Fluência ASTM D2990

Relaxação ASTM D2991

Temperatura de transição vítrea ASTM D648

Coeficiente de dilatação térmica ASTM D696

Endurecimento ASTM D785

Condutividade térmica ASTM C177

Calor específico ASTM C351

Composição da Fibra e da Resina

Confecção da ligação fibras / matriz ASTM D3171

Varões (pultrusão) / Cabos

Ensaio de tracção (varões) ASTM D3916

Ensaio de tracção (cabos) s/r

Ensaio de tracção a curto prazo (cabos) s/r

Ensaio de tracção permanente a longo prazo (cabos) s/r

Ensaios cíclicos (cabos) s/r

A N E X O B

BETÃO ARMADO COM FRP

Ensaios Experimentais

Anexo B

AUTOR OBJECTIVO ENSAIOS OBSERVAÇÕES Nº. MODELO ARMADURAS

Faza e GangaRoa

(1992 - a)

Comportamento à flexão de vigas armadas com varões de GFRP

27 5 Grupos de vigas

- varões do tipo GFRP:

- lisos - nervurados - pintados c/ areia

- estribos de:

- aço - FRP liso - FRP nervurado

- betões de boa resistência para uma conveniente utilização dos FRP;

- os varões pintados com areia apresentam melhor comportamento;

- o uso de betões normais proporcionaram a rotura por corte;

(1992 - b) Análise da deformação e da fendilhação de vigas armadas com GFRP

L = 2.70 m

b = 0.152 m

h = 0.305 m

- varões diversos em GFRP - a deformação é subestimada quando se utiliza a inércia efectiva definida pelo ACI318-89 (equação 9-7);

- define-se uma expressão mais correcta para estimar a deformação de vigas nestas condições;

- define-se um critério de avaliação da fendilhação nestes elementos;

Saadatmanesh e Ehsani

(1991 - a)

Comportamento de vigas de betão armadas, principalmente, com varões de FRP

6 Vigas

L = 3.00 m b = 0.203 m h = 0.457 m

- arm. long.= varões de GFRP; estribos = aço

- arm. long. = varões de aço; estribos = FRP

- um bom funcionamento do mecanismo de ligação betão/varão de GFRP;

- os estribos de aço comportam-se bem com a armadura de GFRP;

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R

eforço de Estruturas de Betão

91

Anexo B


Satoh et al.

(1991)

Comportamento de vigas armadas com diferentes varões de FRP

4 Vigas

L = 1.00 m b = 0.20 m h = 0.15 m

- armadura longitudinal:

1-varões de AFRP

2-varões de CFRP

3-varões de GFRP

4-varões de aço

-estribos de aço tipo:

φ10//0.07

- todos os modelos ruíram por flexão;

- a razão entre a carga de ruína e a prevista pela teoria da elasticidade é, para os quatro casos, de:

1- 0.75

2- 0.86

3- 0.98

4- 1.04 ;

Nanni et al.

(1992 - c)

Comportamento à flexão de vigas armadas com vários tipos de varões em FRP, híbridos e em aço

5 Vigas

L = 1.20 m b = 0.10 m h = 0.15 m

- estribos de aço φ 4//0.40

- armadura longitudinal:

1-varões de aço nervurado

2-barras de AFRP enrolado

3-AFRP pintados com areia

4-varões híbridos de aço

revestidos com AFRP enrolado

5-idem,mas pintados com areia

- os varões pintados funcionaram melhor, resultando num incremento de 25% na capacidade à flexão, em relação aos outros;

- verificou-se, ainda, uma maior distribuição da fendilhação e menores larguras de fendas;

- o estado limite último pode ser previsto com base nas propriedades do betão e da armadura, como no betão armado convencional;

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


92

Anexo B


Benmolkrane et al.

(1994)

Comportamento à flexão de vigas armadas com varões de GFRP comparadas com equivalentes de betão armado

4 2 Conjuntos de vigas (A e B)

L = 3.30 m - tipo A:

b x h = 0.20 x 0.30 m2 - tipo B:

b x h = 0.20 x 0.55 m2

- tipo A:

1-varões de GFRP φ 19 2-varões equi. em aço

- tipo B:

1-varões de GFRP 2-varões equi. em aço

- a 25% Mu são semelhantes;

- a 50% e 90% Mu com FRP existe maior fendilhação do que com o aço;

- nas vigas com FRP foram encontradas deformações três vezes superiores às das armadas com aço;

Goodspeed et al.

(1991)

Comportamento de vigas armadas com FRP perante acções cíclicas

Vigas

L = 1.80 m b = 0.203 m h = 0.102 m

- grelha em 2D formada por varões de FRP

- a deformação vai crescendo com o efeito cíclico, com acréscimos cada vez menores;

- a fendilhação estabiliza ao fim de um nº pequeno de ciclos;

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


93

Anexo B


Bank et al.

(1991)

Comportamento à flexão de lajes armadas com grelhas com GFRP obtidas por pultrusão. A solicitação foi feita por ciclos de carga

6

Lajes

- grelha de GFRP obtida por pultrusão

- todos os modos de ruína foram originados pela falha da armadura;

- todas as lajes tiveram o colapso para uma carga 3 vezes superior à carga de serviço;

1 L = 2.40 m L1 = 0.305 m b = 1.22 m h = 0.216 m r = 0.032 m

- armada com varões de aço

- a deformação estabilizou ao fim de alguns nº de ciclos de carga;

Bank et al.

(1992 - a)

Comportamento de lajes à flexão 6 Lajes

- grelhas de GFRP obtidas por pultrusão

- 3 lajes atingiram o colapso por esmagamento do betão;

- 3 lajes romperam por corte;

3 L = 1.4 e 1.10 m (2 casos) b = 0.305 m h = 0.102 m r = 0.013 m

- 2 lajes com grelhas de GFRP

- 1 laje armada com varões de aço pintados com epóxido

- concluiu-se que a rigidez efectiva destas lajes pode ser prevista pelo método teórico da secção fendilhada transformada;

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


94

Anexo B


Bank e Xi

(1992)

Comportamento à flexão de lajes armadas com FRP e comparação com uma outra armada com aço

4 Lajes

L = 2.4 m L1 = 0.65 m b = 1.20 m h = 0.216 m r = 0.025 m

- 4 lajes armadas com grelhas de FRP formadas por perfis em “ T ”

- 1 laje armada com varões de aço

- as armaduras foram colocadas nas faces superior e inferior

- as 4 lajes em FRP tiveram comportamento semelhante;

- as 4 lajes ruíram por corte junto ao apoio interno;

- a carga de ruína oscilou entre 3,9 a 4,2 vezes mais do que a de serviço;

GangaRao e Faza

(1991)

Aderência e amarração de varões de GFRP em elementos de betão

20 Vários modelos de betão:

- vigas cantiliver;

- 12 ensaios de "pull-out" em provetes cilíndricos;

- varões de GFRP de vários tipos:

- em dimensão - nervurados ou pintados

com areia - vários comprimentos

embebidos no provete de betão

- sugere para comprimento de amarração:

ld = 0.06x Abfu / fc'

Pleiman

(1991)

Análise da aderência de diversos varões de FRP em elementos de betão

70 Ensaios de ”Pull - Out” - varões tipo:

- GFRP (vidro-E) φ 6,4; φ 9,5; φ 12,7

- AFRP (Kevlar 49r) φ 9,5

- Aço

- tem um comportamento semelhante os GFRP e AFRP;

- os varões compósitos trabalham abaixo das prestações dos varões de aço;

- sugestão de comprimentos de amarração:

GFRP - ld = fuAb / (20 fc' )

AFRP - ld = fuAb / (18 fc' );

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


95

Anexo B


Chaallet et al.

(1992)

Análise da aderência em varões de GFRP

Testes de "Pull - Out"

Vários tipos de betão:

- betão corrente (normal)

- betão de alta resistência

- betão de retracção compensada

- varões de GFRP:

- fibras de vidro-E - resina poliester - superfície pintada com

protecção de areia

- diferentes diâmetros

- diferentes profundidades de ancoragem no betão entre φ 5 a φ 10

- recomenda o comprimento de amarração de :

ld = 20 db

Daniali

(1992)

Análise da tensão de aderência de varões de GFRP em elementos de betão

30 Vigas

Secção tipo do ACI 208:

L = 3.00 m b = 0.203 m h = 0.457 m

- varões de GFRP:

- fibra de vidro-E - resina de vinilester - diferentes diâmetros - vários comprimentos

de amarração

- se existir armadura ao esforço de corte, os comprimentos de amarração necessários para atingir o estado limite último são:

- 4 varões - ld = 20,3 cm - 6 varões - ld = 44 cm - 8 varões - há sempre escorregamento

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


96

Anexo B


Ehsani et al.

(1994 - b)

(1994 - c)

(1994 - d)

Análise das propriedades de aderência de varões de GFRP.

Foi feito um estudo completo.

102 Vários - alguns varões foram ancorados por amarração recta

- outros amarrados com cotovelos de 90º nas extremidades

- o valor base utilizado para comprimento de amarração é dado por:

ldb = 0.047x Abfu / fc' ;

- concluiu-se que esse comprimento nunca deve ser inferior a:

ldb ≥ 0.00035x dbfy ;

- é necessário ter em conta o valor do recobrimento dos varões;

- os varões da face superior têm menos aderência que os da face inferior. Assim aqueles devem apresentar:

ldbsup ≥ 38.1 cm ;

- para varões com cotovelo:

ldb = 1820x db / fc' ;

Masmoudi et al.

(ICCI'96, 1996)

Análise do comportamento em serviço de vigas.

4

+

4

+

4

=

12

Vigas

L = 3.00 m L1 = 0.15 m b = 0.20 m h = 0.30 m

- armaduras de GFRP (vidro-E) fornecidas por duas empresas diferentes:

- tipo A - tipo B

- nº. varões variável por série de ensaios:

1ª- 2φ 12.7 2ª- 3φ 12.7 3ª- 4φ 12.7

- a fendilhação aumenta com a percentagem de armadura;

- o Mcr de fendilhação pode ser calculado pelo ACI em secção não fendilhada e só com betão;

- a largura da fenda pode ser determinada aproximadamente usando:

- equação de Gergely - Lutz ou - equação do European Code;

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


97

Anexo B


Brown e Bartholomew

(ICCI'96, 1996)

Análise do comportamento a longo prazo de vigas (durante 8 meses).

4 Vigas

L = 1.80 m b = 0.10 m h = 0.15 m

- varões de GFRP:

2φ 9.5

- viga foi dimensionada para suportar uma força de F = 3,870 kN

- o resultados destes ensaios é representativo do comportamento destas vigas a longo prazo;

- a fluência nestas vigas parece ser semelhante à equivalente quando existe armadura metálica;

- embora as equações do ACI , com o coeficiente de fluência devidamente ajustado, possam ser usadas na previsão das deformações por fluência, é necessário fazer testes adicionais para validar os parâmetros a utilizar nessa equações;

Razaqpur e Ali

(ICCI'96, 1996)

Estudo da ductilidade de vigas armadas com FRP híbridos

3 Vigas

- varões híbridos formados por:

- CFRP - HDPP, compósito de

alta resistência e baixo "E"

- análise da ductilidade das estruturas de betão reforçados com estes varões, em serviço;

Ehsani et al.

(ICCI'96, 1996)

Análise da aderência e recomendações para projecto utilizando varões de GFRP em elementos de betão

66

“Pull-Out” com varões rectos

- varões de GFRP de vários diâmetros

Amarração recta

- o comprimento mínimo de amarração deve ser 0,381 cm;

- o comprimento de amarração pode ser dado por

36 “Pull-Out” com varões ancorados em forma de cotovelo (dobrados)

ldb = 0.047x Abfu / fc' (ACI 318)

multiplicado pelos factores:

- 1.25 - armadura superior - 1.50 - quando o recobrimento é

menor que o diâmetro do varão;

Anexo B

Materiais C

ompósitos no R


98

A N E X O C

REFORÇOS EXTERIORES Ensaios Experimentais

Anexo C

AUTOR OBJECTIVO ENSAIOS OBSERVAÇÕES Nº. MODELO REFORÇO

Kaiser

(1989)

Comportamento á flexão de elementos de betão

- Vigas à escala natural

- Ensaios à flexão

- 100 ciclos de variação de temperatura (+20ºC, -25ºC)

- chapas de CFRP - válido o método da compatibilidade das deformações;

- a capacidade resistente à flexão não teve efeitos negativos com a variação da temperatura;

Plevris e Triantafillou

(1993)

Modelo analítico de previsão da fluência e da retracção de vigas reforçadas

Vigas - várias chapas de:

- GFRP - CFRP - AFRP

- GFRP e CFRP afectam a resposta a longo prazo das vigas;

- AFRP proporciona o aumento da curvatura devido à fluência, sem decréscimo destas tensões;

- dos três tipo de reforços analisados, os CFRP são os potenciais substitutos das chapas metálicas;

Ritchie et al.

(1991)

Método analítico de cálculo da resistência e rigidez de vigas de betão

Várias vigas

- várias chapas de :

- GFRP - CFRP - AFRP

- o método é baseado no princípio da compatibilização das deformações;

Saadatmanesh e Ehsani

(1991 - a)

1991 - b)

Comportamento estático de vigas de betão reforçadas à flexão

Vigas

- chapas de GFRP colocadas nas zonas traccionadas

- a superfície do betão deve estar preparada para a ligação;

- o adesivo deve ser sempre testado;

- a técnica de reforço é mais eficiente para elementos de betão armado com baixa percentagem de armadura metálica;

Anexo C

Materiais C

ompósitos no R


100

Anexo C


Triantafillou e Plevris

(1990)

(1992)

Comportamento a curto prazo de vigas de betão reforçadas com chapas de FRP e sujeitas à flexão

Vigas - chapas de CFRP - os ensaios destinaram-se a aferir o modelo analítico;

Plevris et al.

(1993)

Comportamento de vigas reforçadas à flexão e posterior definição de procedimentos para aplicações em reabilitações

Vigas - chapas de CFRP - definiram-se procedimentos para projectos de reabilitação;

- identificaram-se alguns factores que intervêm na prevenção à rotura por flexão;

Meier

(1992), (1994) e (1995)

Meier e Kaiser

(1991)

Meier e Deuring

(1991)

Meier et al.

(1992)

Comportamento de vigas e de lajes em betão reabilitados por meio do reforço exterior de chapas de FRP

- Vigas

- Lajes

- Reabilitação de vigas de pontes

- chapas de CFRP:

- não pré-esforçadas - pré-tensionadas - reforço à flexão - reforço ao corte

- avaliação dos modos de ruína;

- avaliação do benefício em rigidez à flexão e ao corte;

- comportamento do adesivo ao longo do tempo;

- melhoramento nos mecanismos de ancoragem através de estribos pré-esforçados em AFRP ou CFRP colocados transversalmente à chapa e ancorados nas fibras comprimidas do betão;

Saadatmanesh et al.

(1994)

Priestley et al.

(1992)

Encamisamento de elementos de betão com FRP

- Pilares

- Estacas

- enrolamento com películas de FRP

- demonstram um aumento de resistência ao corte e de ductilidade do elemento de betão;

Katsumata et al.

(1988)

Encamisamento de pilares de edifícios com mantas de CFRP

Pilares - enrolamento com películas ou fios de CFRP

- reforço dos pilares às acções de corte;

Anexo C

Materiais C

ompósitos no R


101

Anexo C


Kobatake et al.

(1990)

Encamisamentos de pilares de pontes Pilares

- enrolamento com fios de CFRP

- reforça os elementos de betão ao corte;

Katsumata et al.

(1990)

Reforço de paredes exteriores das chaminés com películas de FRP

Chaminés existentes

- enrolamento com fios de CFRP

- melhora a capacidade ao corte e a ductilidade do elemento de betão;

Nanni et al.

(1993)

Harman e Slatlery

(1992)

Comportamento de elementos cilindricos encamisados com FRP

- Cilindros de compressão

- Modelos de pilares

- encamisamento com tubos tecidos de AFRP ou por enrolamento com GFRP e CFRP

- aumento significativo da resistência e da ductibilidade desses elementos;

Berset

(1992)

Comportamento de vigas reforçadas ao corte com chapas de FRP

Vigas

L = 0.60 m a = 0.33 m c = 0.089 m h = 0.102 m

- chapas de CFRP com diferentes orientações das fibras

- verificou-se um aumento considerável da resistência, da rigidez e da ductilidade;

- um dos mecanismos de rotura é devido ao empenamento e delaminação da chapa na zona de compressão;

Anexo C

Materiais C

ompósitos no R


102

Anexo C


Burgoyne

(1992)

Comportamento de vigas pós-tensionadas com cordas tipo "PARAFIL"

2 Vigas

Dois tipos de vigas:

1º - secção em “ I “ h = 0.40 m L = 4.57 m

2º - secção em “ T “ h = 0.60 m L = 7.50 m

- cabos de filamentos paralelos da marca "PARAFIL"

- ambas as vigas foram submetidas a acções cíclicas;

Ehsani et al.

(1993)

Comportamento de paredes de alvenaria reforçadas com películas de FRP

Paredes de alvenaria - chapas de FRP - aumento da capacidade total da parede;

- maiores deformações admitidas antes da ruína;

Deskovic

(1991)

Comportamento à flexão de vigas reforçadas exteriormente com sistemas de FRP pré-esforçadas

Várias vigas

L = 0.96 m b = 0.07 m h = 0.12 m

- chapas de CFRP

- foram identificados os modos de ruína;

- foi avaliado o benefício em reforço para a viga;

- foram detectadas as condicionantes do adesivo de ligação;

Anexo C

Materiais C

ompósitos no R


103

Anexo C


Deskovic

(1993)

Deskovic et al.

(1995a) (1995b)

Análise de vigas de betão e com um sistema híbrido de materiais compósitos reforçados com fibras

- Vigas caixão

- Vigas híbridas

- caixão em GFRP obtido por pultrusão

- chapa pré-tensionada de CFRP colada inferiormente ao caixão

- análise das potenciais vantagens destas secções compostas;

- análise do comportamento a curto prazo;

- análise de previsão a longo prazo;

Bazaa et al.

(ICCI'96, 1996)

Vigas reforçadas com chapas de CFRP 1

+

7

=

8

Vigas

L = 1.00 m b = 0.20 m h = 0.30 m

- Betão:

1º tipo - fck = 44.3 MPa 2º tipo - fck = 38.5 MPa Ec ≅ 33 GPa

1 viga - só betão armado

7 vigas - reforçadas com 3 camadas de reforços de CFRP pós-tensionados

- espessura = 0.3 mm

- largura = 167 mm

Analisados:

- a optimização do comprimento e a orientação do CFRP para melhorar a resistência e a ductilidade;

- as tensões de corte na interface da ligação laminado/betão;

- o comprimento de ancoragem;

- a aferição da segurança que a estrutura passou a ter;

Conclusão:

- o reforço com chapas bidireccionais aplicadas nas faces laterais mais as unidireccionais nas faces traccionadas aumentam a capacidade última em 58%;

Anexo C

Materiais C

ompósitos no R


104

Anexo C


Nakamura et al.

(ICCI'96, 1996)

Vigas reforçadas com chapas de CFRP de elevado módulo e outras de módulo normal

10 Vigas

L = 1.00 m b = 0.20 m h = 0.30 m

- chapas de CFRP de 2 tipos:

1 - elevado módulo (HM)

2 - módulo normal (IM)

- o cálculo desta técnica pode ser feito por:

- método da secção equivalente - método da função - e;

- ordem preferencial de ruina no cálculo:

1º - plastificação da armadura 2º - rotura da chapa 3º - esmagamento do betão;

-o adesivo deve ser seguro;

- o aumento de rigidez diminui a deformação;

Sharif e Baluch

(ICCI'96, 1996)

Vigas reforçadas com chapas de GFRP Vigas

L = 1.80 m L1 = 0.035 m b = 0.15 m h = 0.15 m

Tipos de reforço:

- chapa de GFRP colada

- chapa de GFRP ancorada com parafusos

- reforço à flexão e ao corte

- reforço com a forma de “ I “

Anexo C

Materiais C

ompósitos no R


105

A N E X O D

BETÃO PRÉ-ESFORÇADO COM FRPEnsaios Experimentais

Anexo D

AUTOR OBJECTIVO ENSAIOS OBSERVAÇÕES Nº. MODELO ARMADURAS PRÉ-

ESFORÇO ACÇÃO

Comportamento á flexão de vigas armadas com AFRP da patente FiBRA. Algumas cabos foram pré-esforçados

6 Vigas em “T”

L = 3.00 m L1 = 0.30 m h = 0.30 m

- varões de AFRP

- varões de aço

- 2 vigas c/ FiBRA não pré-esforçadas

- alguns varões são pintados com areia

- cabos de AFRP da FiBRA

- pós-tensão

- alguns com pintura de areia

- 3 vigas o pré-esf. foi:

15%

30%

45%

- acções aplicadas em 5 ciclos de carga

- o comportamento do AFRP depois da rotura é do tipo linear;

- verificou-se que o comportamento dos cabos pintados com areia é semelhante às armaduas de aço nervuradas, quando em serviço;

- notou-se pouca diferença entre os cabos com e sem pintura no comportamento à flexão;

Tanigaki et al.

(1989)

Comportamento a longo prazo de vigas pré-esforçadas

3 Vigas pré-tensionadas

- varões de AFRP aderentes e/ou não aderentes

- cabos de AFRP

- carga concentrada aplicada durante 1000 horas

- os cabos têm rotura frágil sem platificação;

- quando a rotura é ditada pelo betão, todas as vigas têm uma capacidade semelhante;

1 Vigas pós-tensionadas

- aderência através de pintura com areia de sílica

- quando a rotura é feita pelos cabos, as vigas com FRP têm menores deformações últimas do que as com aço;

Anexo D

Materiais C

ompósitos no R


107

Anexo D


ESFORÇO ACÇÃO

Mutsuyoshi et al.

(1991)

Comportamento de vigas em “ T “ pré-esforçadas por cabos compósitos

6 Vigas em “ T “

α = 7.1º em duas vigas α = 11.3º nas restantes L = 2.50 m b = 0.30 m h = 0.40 m

- armadura diversa - cabos de: AFRP CFRP Aço

- alguns cabos são exteriores à viga

- as vigas armadas com CFRP a ruína ocorreu simultaneamente por esmagamento do betão e rotura do cabo;

- os cabos de CFRP aplicados exteriormente ruíram para 80% da capacidade axial destes;

Sen et al.

(1991)

Comportamento de vigas pré-tensionadas por cabos de GFRP

3

+

3

=

6

Vigas

- tipos de secção:

1) b x h = 15,2 x 20,3 cm2

2) b x h = 15,2 x 25,4 cm2

3) b x h = 15,2 x 30,5 cm2

- 3 vigas armadas com varões de GFRP

- 3 vigas armadas com varões de aço

- cabos de GFRP

- cabos de aço

- acções cíclicas

- as características à fadiga das vigas são semelhantes;

- antes de fendilhadas as vigas têm um comportamento semelhante;

- depois de fendilhada as vigas de GFRP têm maiores deformações do que as de aço;

- a tensão de colapso deu-se por escorregamento dos cabos de GFRP;

Anexo D

Materiais C

ompósitos no R


108

Anexo D


ESFORÇO ACÇÃO

Iyer e Anigol

(1991a)

Caracterização da aderência dos cabos de GFRP

- Testes de "Pull-out"

- Vigas pré-esforçada por pré-tensão

- cabos tipo:

- GFRP - Aço - Grafite

- a pressão efectiva é em cada caso:

- GFRP: 47% - Aço: 48% - Grafite:44%

- concluiu-se que o comprimento de transferência é de :

- GFRP: Lt = 37 φ - Aço: Lt = 61 φ - Grafite: Lt = 59 φ ;

Nanni et al.

(1992 - a)

Análise do comprimento de transferência de varões pré-esforçados da marca FiBRA (AFRP)

Vigas

L = 4.00 m b = 0.12 m h = 0.21 m

- cabos de FiBRA com diferentes:

-diâmetro - úmero -superfície

- cabos de AFRP

- para betões com fck = 29 MPa os cabos não trabalharam mais do que 50% da sua capacidade, sendo o comprimento " Lt " dependente do diâmetro;

- o mecanismo de transferência de forças nos cabos de AFRP são diferentes do aço, consequência da baixa rigidez e elevado coeficiente do Poisson em relação ao aço;

(1992 - b) Avaliação do comprimento de amarração de cabos de AFRP a partir do comportamento à flexão de vigas de betão

21 Vigas

Betão fck = 30 MPa

- cabos de AFRP pintados com areia

- o " Lt " do aço émuito maior do que no AFRP;

- o comprimento de amarração depende do diâmetro do cabo;

- o aumento do diâmetro diminui o comprimento de aderência por flexão. Valores elevados da força de pré-esforço obriga a valores maiores desse comprimento;

Anexo D

Materiais C

ompósitos no R


109

Anexo D


ESFORÇO ACÇÃO

Rostazy e Budelmann

(1991)

Análise do comportamento à fadiga de cabos de pré-esforço. Avaliação das curvas S-N para cabos de GFRP

Definição das curvas do tipo S-N para os cabos

- cabos de GFRP

- a resistência à fadiga depende muito das propriedades de ancoragem do cabo;

- a resistência à fadiga de cabos de GFRP é menor do que a dos arames ancorados por cunha;

Noritake e Kumagai

(1991)

Comportamento de vigas pós-tensionadas com cabos de AFRP

2 Vigas

L = 10.0 m

- cabo parabólico com 19 cordões de 6 mm cada, em AFRP

- aplicação de pós-tensão

- 1 viga com acção monótona

- 1viga com acção cíclica

- o sistema de ancoragem não foi danificado pelo teste de fadiga;

- devido ao efeito cíclico (fadiga) houve uma redução 10% na capacidade última da viga;

McKay e Erki

(1992)

Comportamento à fadiga de vigas pré-esforçados com cabos de AFRP

3 Vigas

L = 1.00 m b = 0.15 m h = 0.30 m

- cabos de AFRP

1º- aplicados dois estados de carga

2º- aplicados dois ciclos de carga estática

3º- acção sinusoidal

- Pré-esforço 80%

- a resistência à fadiga dos AFRP é tão boa como a do aço (nestes ensaios) ;

- a relaxação do AFRP é maior do que a do aço;

- em serviço, o AFRP pode ter resistência superior em 20% a 50% que a garantida ;

Anexo D

Materiais C

ompósitos no R


110

Anexo D


ESFORÇO ACÇÃO

Mutsuyoshi et al

(1990)

Comportamento de vigas pós-tensionadas

7

+

3

=

10

Vigas

L = 1.50 m b = 0.15 m h = 0.20 m

- cabos de pré-esforço:

- 7 vigas têm cabos de CFRP (aderentes e não)

- 3 vigas têm cabos de aço

- pré-esforço aplicado:

40% a 60%

- cargas monótonas

- dois modos de colapso:

- ruína dos cabos, - esmagamento do betão;

- reduzindo a aderência cabo/betão, baixa o valor da capacidade última da peça;

Yonekura et al.

(1991)

Comportamento à flexão de vigas pós-tensionadas

11

+

1

+

4

=

16

Vigas em “ I “

L = 1.40 m b = 0.15 m h = 0.22 m

-cabos de pré-esforço:

- 11 vigas c/ cabos de CFRP

- 1 viga c/ cabos de AFRP

- 4 vigas c/ cabos de Aço

- as posições variam entre as várias vigas

- pré-esforço aplicado:

0% a 75%

- cargas monótonas

- modos de colapso encontrados:

- ruína do cabo - esmagamento do betão;

- com cabos de FRP há maiores deformações depois do betão fendilhar;

- aumentando o pré-esforço há melhoramentos na deformação e na capacidade da viga;

Anexo D

Materiais C

ompósitos no R


111

Anexo D


ESFORÇO ACÇÃO

Taerwe e Miessler

(1992)

Análise do comportamento de vigas em "T" pós-tensionadas

3 Vigas

L = 2.00 m b = 0.30 m h = 060 m

- cabos de GFRP: - aderentes

em 2 vigas - não

aderentes na outra

- as vigas ruíram devido aos cabos de GFRP;

Anexo D

Materiais C

ompósitos no R


112

parte i - civil.fe.up.ptcivil.fe.up.pt/pub/apoio/mestr_estr/novosmateriais/apontamentos... · parte...

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