patologia_relatório

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Guilherme Wienandts Alminhana Gustavo Simonato

Isaltino Avelino Kau Guimares

PILARES: REFOROS COM UTILIZAO DE ARGAMASSA ADITIVADA E FIBRA CARBONO

Porto Alegre novembro 2014

GUILHERME WIENANDTS ALMINHANA GUSTAVO SIMONATO

ISALTINO AVELINO KAU GUIMARES

PILARES: REFOROS COM ARGAMASSA ADITIVADA E FIBRA CARBONO

Trabalho de Diplomao na disciplina de Patologia e Instrumentao das Construes da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos

requisitos para obteno do ttulo de Engenheiro Civil

Professor: Joo Luiz Campagnolo

Porto Alegre novembro 2014

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Encamisamento do pilar ............................................................................................ 8 Figura 2 - Cintamento do pilar ................................................................................................... 8 Figura 3 - Reforo lateral de pilar .............................................................................................. 9 Figura 4 - Reforo metlico em pilar........................................................................................ 10 Figura 5 - Execuo de reforo metlico em pilar .................................................................... 10 Figura 6 - Execuo do reforo em fibra carbono .................................................................... 11 Figura 7 - Reforo com protenso ............................................................................................ 12 Figura 8 - Concretagem ............................................................................................................ 14 Figura 9 - Formas dos pilares ................................................................................................... 15 Figura 10 - Retirada da camada superficial do concreto .......................................................... 16 Figura 11 - Colocao dos pinos no pilar ................................................................................. 17 Figura 12 - Lanamento da argamassa ..................................................................................... 18 Figura 13 - Fissura por retrao trmica no concreto ............................................................... 19 Figura 14 - Arredondamento dos cantos .................................................................................. 19 Figura 15 - Aplicao de primer ............................................................................................... 20 Figura 16 - Aplicao de resina nas fibras ............................................................................... 21 Figura 17 - Pilar testemunho .................................................................................................... 22 Figura 18 - Diagrama Tenso x Deformao do concreto ........................................................ 23 Figura 19 - Comparativo reforo com fibra carbono ................................................................ 30 Figura 20 - Grfico comparativo experimental e terico ......................................................... 33

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Resultado para o pilar testemunho ......................................................................... 24Quadro 2 - Comparativo pilar com reforo em argamassa ....................................................... 26Quadro 3 - Verificaes para reforo com fibra carbono ......................................................... 29Quadro 4 - Comparativo de desempenho estrutural ................................................................. 32Quadro 5 - Custos para reforo em argamassa ......................................................................... 33Quadro 6 - Custos e consumo para o reforo em fibra carbono ............................................... 34Quadro 7 - Comparativo de custos entre reforos .................................................................... 34

SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................................... 61.1 PATOLOGIAS ........................................................................................................... 61.2 TIPOS DE REFOROS ............................................................................................. 71.2.1 Reforo com aumento de seo ............................................................................ 81.2.2 Reforo sem aumento de seo ............................................................................. 112 OBJETIVOS DO TRABALHO ................................................................................. 132.1 OBJETIVO PRINCIPAL ........................................................................................... 132.2 OBJETIVOS SECUNDRIOS .................................................................................. 133 PROGRAMA EXPERIMENTAL ............................................................................. 144 EXECUO DOS REFOROS ............................................................................... 164.1 ARGAMASSA ADITIVADA ................................................................................... 164.2 FIBRA CARBONO .................................................................................................... 195 RESULTADO TERICO x EXPERIMENTAL ..................................................... 225.1 PILAR TESTEMUNHO ............................................................................................ 225.1.1 Ensaio ..................................................................................................................... 235.1.2 Dimensionamento .................................................................................................. 235.1.3 Resultados .............................................................................................................. 245.2 REFORO COM ARGAMASSA ADITIVADA ...................................................... 255.2.1 Ensaio ..................................................................................................................... 255.2.2 Dimensionamento .................................................................................................. 255.2.3 Resultados .............................................................................................................. 265.3 REFORO COM FIBRA CARBONO ...................................................................... 265.3.1 Ensaio ..................................................................................................................... 275.3.2 Dimensionamento .................................................................................................. 275.3.3 Resultados .............................................................................................................. 306 ANLISES ................................................................................................................... 326.1 DESEMPENHO ......................................................................................................... 326.2 CUSTOS ..................................................................................................................... 337 CONSIDERAES FINAIS ..................................................................................... 35REFERNCIAS ............................................................................................................. 36

__________________________________________________________________________________________ Porto Alegre: DECIV/EE/UFRGS, 2014

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1 INTRODUO

As estruturas de concreto armado esto sujeitas, em grande parte da sua vida til, a uma srie de patologias que podem levar as mesmas runa. Podem ser citadas algumas como: carbonatao, que pode levar a uma despassivao da armadura, iniciando o processo de corroso da mesma; surgimento de fissuras devido a algum problema estrutural ou a movimentaes trmicas e diferenciais da estrutura.

Observa-se que as patologias podem infligir sobre qualquer elemento estrutural, e que para cada um desses, existe uma forma de solucionar o problema. Em muitos casos, podendo-se comparar a patologia na estrutura como uma doena, que necessita de um tratamento. Esse tratamento, muitas vezes vem sob a forma de um reforo estrutural, visa melhorar a qualidade da estrutura e eliminar os efeitos das patologias sobre a mesma.

As tcnicas de reforo usuais envolvem: reforos com fibras de carbono, vidro ou aramida; reforos onde se adicionam barras de ao para melhorar o comportamento flexo; reforos onde se aumenta a seo transversal de forma a aumentar a capacidade compresso; reforos onde se fixam chapas de modo a aumentar a capacidade flexo; reforos onde se encamisam os pilares com fibras (vidro, carbono ou aramida) ou com chapas e perfis metlicos, de modo a se fazer com que o pilar tenha uma capacidade resistente maior criando um estado multiaxial de tenses.

1.1 PATOLOGIAS Patologias so manifestaes que ocorrem na estrutura que visam diminuir a vida til das estruturas ou fazer com que as mesmas venham a perder a sua condio de uso por parte dos usurios. As patologias em suma ocorrem quando no so seguidas as recomendaes sugeridas pela literatura consagrada, de modo que a vida til acaba sendo prejudicada.

Na literatura, encontra-se como principais causadores de patologias para elementos submetidos a compresso, como o caso de pilares, os seguintes:

a) resistncia do concreto abaixo do especificado;

__________________________________________________________________________________________ Pilares: Reforos com Argamassa Aditivada e Fibra Carbono

7b) falta de armadura longitudinal, seja por erros de execuo ou na fase de projeto

da estrutura; c) erros de execuo, no que tange a locao equivocada dos pilares ou no aumento

da carga provocada por espessuras na laje acima do que especificado em projeto; d) aumento da carga sobre os pilares provocadas por uma modificao na condio

de uso, como por exemplo, um edifcio residencial passa a ser comercial.

1.2 TIPOS DE REFOROS Como alternativas de forma de reforo para pilares h uma gama muito grande de alternativas. A grande maioria das opes disponveis constituem no aumento de seo como forma de ganhar mais capacidade de carga. Outras opes possibilitam um ganho de carga sem um aumento significativo de seo, contudo, tais solues mostram-se muito onerosas e de difcil execuo.

Como alternativas de reforo que demandam de espao fsico para serem implementadas podemos citar:

a) cantoneiras b) encamisamento do pilar; c) reforo lateral, quando se tem apenas um dos lados do pilar acessvel d) cintamento.

Tem-se como alternativas de reforos para pilares, fibras, sejam estas em vidro, carbono ou aramida, e ainda, o uso de protenso como reforo direto e indireto.

As fibras e a protenso de forma direta, podem ser classificadas como reforos diretos, visto que o seu funcionamento por efeito Poisson, onde o concreto fica comprimido pela ao da presso de confinamento exercida por fibra ou protenso.

No reforo indireto por protenso, tem-se que o elemento que precisa sofrer intervenes sofre um alvio dos carregamentos, isto ocorre atravs de uma redistribuio dos esforos internos dentro da estrutura.

Nos prximos itens so expostas as consideraes a respeito de cada modalidade de reforo citados anteriormente.


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1.2.1 Reforo com aumento de seo A principal forma de reforo utilizado nos pilares o encamisamento, que consiste no aumento da seo transversal do pilar e insero de uma nova rea de ao, afim de promover no pilar um aumento de carga significativo. Em geral, dimensiona-se o reforo para receber a totalidade dos esforos, ficando o ncleo como segurana adicional. Na Figura 1, possvel ver como realizado o reforo por encamisamento de pilar de concreto.

Figura 1 - Encamisamento do pilar

(fonte: adaptado de PIANCASTELLI, [2014])

Uma variante do encamisamento do pilar, chama-se cintamento do pilar, cujo objetivo final aumentar a seo do pilar e deix-la circular. Desse modo, possvel aumentar a carga final que o pilar poder receber e buscar manter a inrcia final do elemento igual para todas as direes, aps haver a monoliticidade do conjunto. Na Figura 2 representada o reforo de cintamento para pilares.

Figura 2 - Cintamento do pilar

(fonte: adaptado de PIANCASTELLI, 1997)


9Quando no se dispe de acesso a todas as faces do pilar ou h alguma imposio arquitetnica, pode-se reforar apenas as faces as quais se tem acesso, configurando assim, reforos laterais. Nesta tcnica de reforo pode-se reforar faces adjacentes ou opostas, de modo que se efetuar o reforo apenas nos lados que se tm acesso. Na Figura 3 mostrado como a configurao de um reforo lateral realizado em faces opostas de um pilar.

Figura 3 - Reforo lateral de pilar

(fonte: adaptado de PIANCASTELLI, 1997)

Quando no h possibilidade de se utilizar reforos em concreto, seja por no haver espao o suficiente para a colocao adequada da armadura ou devido a alguma outra restrio que inviabilize a execuo, tem-se como alternativa, o uso de reforos metlicos na periferia do pilar em concreto, dessa forma, garante-se um incremento de carga no elemento e ocupa-se pouco espao.

Cabe salientar que nesse tipo de reforo deve-se proceder um adequado travamento nas cantoneiras metlicas, por dois motivos: o primeiro sendo em funo da flambagem que pode ocorrer nas cantoneiras e o segundo, em funo de garantir a aderncia entre elemento metlico e em concreto.

O travamento das cantoneiras pode ser feito atravs de chapa metlicas espaadas de tal maneira que se evite comprimentos de flambagem muito longos nas cantoneiras. Na base e topo do pilar, deve-se utilizar novamente chapas metlicas, de modo a garantir a transmisso de carga de forma mais uniforme aps a realizao do reforo.


10Na unio entre elementos metlicos e em concreto, faz-se uso de resinas epxi, com vistas a aumentar a ponte de aderncia e garantir a transmisso dos esforos para todos os elementos da nova seo transversal do pilar. Na Figura 4, segue um exemplo de reforo metlico.

Figura 4 - Reforo metlico em pilar

(fonte: CAMPAGNOLO et al., 2008)

Na Figura 5, segue o incio da confeco de um reforo metlico em pilar de concreto armado, mostrando a posio das cantoneiras no reforo.

Figura 5 - Execuo de reforo metlico em pilar

(fonte: GOOGLE, 2014)


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1.2.2 Reforo sem aumento de seo Pode-se citar para estes tipos de reforos, o uso de elementos como fibra carbono, protenso de forma direta e indireta nos elementos comprimidos. Ainda h outras possibilidades de reforos, porm neste trabalho sero comentados apenas os reforos feitos com fibra e protenso.

No caso de uso de fibra como elemento que ir contribuir no aumento de capacidade de carga do pilar, tem-se que seu uso restrito para pilares curtos. Isso decorre do fato que deve-se garantir que a transmisso de carga seja o mais uniforme possvel e que de o elemento no sofra fenmenos de segunda ordem. Caso o pilar seja considerado esbelto, o reforo em fibra ir garantir uma maior ductilidade ao mesmo, mas no haver um incremento na capacidade de carga no pilar. Abaixo segue Figura 6, que mostra um exemplo de execuo de reforo em pilar com fibra carbono.

Figura 6 - Execuo do reforo em fibra carbono

(fonte: RIBEIRO, 2010)

O funcionamento da fibra carbono devido ao confinamento exercido por esta no concreto, fazendo com que ocorra uma compresso triaxial no pilar. Na literatura, encontra-se que o rendimento nos reforos em fibra maior quando o pilar apresenta seo transversal circular.


12No caso de pilares com outras formas geomtricas, tem-se que reduzida a presso de confinamento exercido pela fibra, diminuindo assim o incremento de carga no elemento.

O uso de protenso pode ser tanto direta quanto indireta. No primeiro caso, o reforo com protenso ir exercer uma presso de confinamento no pilar metlico, de maneira similar a fibra. Na modalidade indireta, tem-se que o reforo no pilar se dar atravs do alvio de carga no mesmo, isto , o reforo com protenso far uma redistribuio de carga nos pilares e vigas adjacentes ao elemento que precisa sofrer interveno.

Contudo, essa tcnica exige uma anlise estrutural complexa na estrutura para que possa ser implementada com segurana. Depende da correta execuo por parte da mo de obra, que deve ser altamente especializada, uma vez que o trabalho com protenso deve ser executado com cuidado e seguindo os preceitos estabelecidos pela NBR6118:2014.

Este tipo de soluo mostra-se interessante quando a estrutura tem condies de suportar os esforos proporcionados pela protenso, contudo deve-se ficar atento aos custos de execuo desse tipo de reforo que pode ser muito elevado, visto a complexidade envolvida na sua confeco. Na Figura 7 exposta a modalidade de reforo indireto com protenso.

Figura 7 - Reforo com protenso

(fonte: adaptado de TAKEUTI, 1999)


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2 OBJETIVOS DO TRABALHO

Os objetivos da pesquisa esto classificados em principal e secundrio e so descritos a seguir.

2.1 Objetivo principal O objetivo principal do trabalho estudar os reforos para pilares usualmente abordados na literatura, atravs da confeco de 3 pilaretes cujas dimenses so de 12X12X70cm. Sendo um deles utilizado como testemunho, em outro ser usada a soluo de reforo de aumento de seo transversal com argamassa estrutural, e no ltimo, ser testado o encamisamento com tecido de fibra de carbono.

2.2 Objetivos secundrios Os objetivos secundrios do trabalho so a comparao de custos entre os tipos de reforos estudados, e a comparao da capacidade de carga de cada um dos reforos, com relao ao testemunho e literatura.


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3 PROGRAMA EXPERIMENTAL

Para os pilares, foram concretados trs pilares: um pilar testemunho, e outros dois a serem reforados um com fibra de carbono, outro com aumento de seo usando argamassa aditivada com trao utilizado no Laboratrio de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME UFRGS).

Para o concreto foi utilizado um trao de massa de 1: 2,12: 2,88 (cimento: areia: brita), com relao a/c de 0,5 consumo de cimento de 380 kg/m. Para o preparo do concreto, foi colocado na betoneira a brita (agregado grado brita 0, de basalto) e gua. Aps mistura destes, foi colocado cimento (CP-V), com posterior mistura, e finalmente colocada a areia (agregado mido areia do Rio Jacu). Depois de um tempo de mistura, foi constatada a no homogeneidade do concreto. A fim de no ser alterada a relao de gua/cimento, foi adicionado aditivo superplastificante, assim alcanando-se trabalhabilidade no concreto.

Figura 8 - Concretagem

(fonte: acervo dos autores)

Com relao resistncia do concreto, esperava-se fck na ordem de 30 MPa, porm os testes nos corpos de prova apontaram resistncia de 44 MPa; o abatimento tambm ficou em um intervalo fora do especificado era-se esperado um abatimento de 8 2cm.


15As formas para os pilares foram fornecidas e j estavam preparadas, com dimenses internas laterais de 12cm x 12cm e 70cm de altura, tambm pelos tcnicos do Laboratrio. O concreto utilizado foi o mesmo para todas as peas a serem ensaiadas vigas e pilares.

Figura 9 - Formas dos pilares


A concretagem deu-se em trs estgios, cada um deles sendo a colocao de um tero do volume de concreto total do pilar na forma, aps sendo feito o adensamento com vibrador de imerso, somente no tero de concreto no adensado. Aps as trs repeties para cada um dos pilares foi feito o acabamento manual no topo dos mesmos.

Aps a concretagem, foi feita a cura do concreto, com controle de umidade.

Para a argamassa aditivada, foi utilizado um trao de 1:3, com 10% do peso de cimento de slica ativa e relao a/c de 0,5. Os testes nos corpos de prova apontaram resistncia de 25 MPa em um deles, e 32 MPa no outro.


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4 EXECUO DOS REFOROS

Neste item so expostas as metodologias utilizadas para a execuo dos reforos nos pilares em concreto, descrevendo as etapas de forma detalhada.

4.1 ARGAMASSA ADITIVADA O reforo em argamassa encaixa-se na modalidade de reforo de aumento de seo, ou seja, ganha-se capacidade de carga a partir da maior seo que o pilar ir apresentar.

Inicialmente, deve-se eliminar a camada superficial do pilar, isto , remove-se a nata de cimento das quatro faces do pilar. Para que seja feita essa remoo, utilizou-se ferramentas como martelete e apicoadores manuais.

A remoo da camada superficial, como mostrado na Figura 10, visa aumentar a aderncia entre concreto e argamassa, fazendo com que ambos os elementos venham trabalhar em conjunto.

Figura 10 - Retirada da camada superficial do concreto



17Depois de retirar a camada superficial de concreto, procedeu-se para a prxima etapa de preparao do reforo, que consiste na insero de pinos, no caso do reforo, optou-se por utilizar pequenos pedaos de barras de ao. A finalidade desses elementos no reforo de evitar o desplacamento da camada de argamassa. Na Figura 11 so mostrados os pedaos de barra de ao que sero colocados no pilar de concreto.

Figura 11 - Colocao dos pinos no pilar


Os pinos so posicionados de forma alternada e equidistantes em cada face do pilar. A profundidade de perfurao recomendada de aproximadamente 2,5 cm. Aps realizar os furos, deve-se limpar os mesmos, visto que a prxima etapa de preparao do reforo consiste em fixar os pedaes de barra no pilar metlico.

A fixao das barras de ao no pilar feita a partir do uso de resina epxi. A execuo dessa etapa consiste no embebimento dos pedaos de barra de ao na resina e insero dos mesmos nos furos feitos no pilar. Aps inserir os pedaos de ao nos furos, recomendado dar um giro na barra, de modo que a resina epxi penetre o mais fundo possvel no orifcio. Depois da insero dos 16 pinos, deve-se esperar o tempo de cura da resina epxi, em geral 1 dia, para que posteriormente, seja realizada a ltima etapa de preparo do reforo.


18A finalizao do reforo consiste no aumento da seo do pilar atravs do uso de argamassa, a qual ser lanada contra a superfcie do concreto. Recomenda-se que seja exercida a maior quantidade de fora possvel no lanamento de argamassa, pois desse modo, ser aumentada a aderncia entre os materiais. Na Figura 12 mostrada a etapa de lanamento da argamassa.

Figura 12 - Lanamento da argamassa


Primeiramente, deve-se lanar a argamassa em faces opostas, como exemplificado na Figura 12, pois o lanamento nas quatro faces do pilar de difcil execuo. Aps completar o preenchimento das faces opostas, deve-se fazer a cura da argamassa por um dia, de modo que a camada lanada j tenha capacidade de suporte e no venha a cair por falta de aderncia. No prximo dia, feito o restante do lanamento de argamassa no pilar, e assim, se completa o reforo.

Cabe salientar que aps o lanamento final da argamassa, deve-se iniciar o processo de cura mida, de modo a evitar que surjam fissuras decorrentes de retrao trmica na argamassa. No reforo executado, viu-se que houve o surgimento de fissurao em uma das faces do pilar, como pode ser visto na Figura 13.


19Figura 13 - Fissura por retrao trmica no concreto


4.2 FIBRA CARBONO

Para a execuo do reforo com CFRP, foi necessrio fazer um tratamento superficial da rea a ser reforada, de forma a se arredondar os cantos para a preveno da ruptura da fibra pelo surgimento de fissuras e pontos de concentrao de tenses. Conforme mostrado na Figura 14, realizado o arredondamento dos cantos do pilar.

Figura 14 - Arredondamento dos cantos



20Feito tratamento citado acima, passa-se um primer, um adesivo estrutural de base epxi, com uma consistncia mais fluida que os adesivos estruturais usualmente aplicados em reforos. O objetivo da aplicao desse primer fazer com que o adesivo penetre nos poros do concreto, garantindo assim uma melhor aderncia entre o reforo e o pilar. Feita essa aplicao do primer, espera-se, em torno de 40 minutos, a cura do mesmo, para posteriormente ser feita a aplicao do tecido de carbono. Na Figura 15, mostrada a passagem de primer para melhorar a aderncia entre concreto e reforo.

Figura 15 - Aplicao de primer


Para o reforo em questo, foram utilizadas duas faixas de tecido, de modo a se obter duas camadas finais. A aplicao do tecido feita aplicando o adesivo epxi na rea a ser reforada, depois feita a fixao da primeira camada de tecido com o auxlio de um rolo que, alm de fixar o tecido sobre a superfcie do pilar, tambm ajuda na penetrao do adesivo no tecido, de modo a embeb-lo em epxi e garantindo assim uma melhor aderncia pilar-reforo.

Para a aplicao da segunda camada de tecido, novamente utilizou-se uma quantia de adesivo estrutural, dessa vez sobre a primeira camada de tecido, para ento se proceder conforme mencionado anteriormente. Para a finalizao do reforo, passa-se o rolo para que a resina e o tecido carbono fiquem aderidos um ao outro, e tambm para que ocorra alguma penetrao de primer nos poros de concreto. Alm disso, pode ser aplicada uma demo de adesivo epxi em regies onde se perceba que no ocorreu um embebimento completo de adesivo no tecido. Na Figura 16, segue a etapa final de confeco do reforo com fibra.


21Figura 16 - Aplicao de resina nas fibras



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5 RESULTADO TERICO x EXPERIMENTAL

Neste item sero expostos os resultados encontrados nos ensaios experimentais, as consideraes para o clculo da capacidade de carga dos pilares e a discusso dos resultados encontrados, tanto experimentais quanto tericos.

Os valores das propriedades dos materiais utilizados foram:

a) concreto: fcj = 43,5 MPa; b) argamassa: fcj = 25,0 MPa; c) fibra carbono: Ef = 230,0 GPa.

5.1 PILAR TESTEMUNHO Com o objetivo de avaliar a eficcia dos reforos realizados no presente trabalho, executou-se um pilar testemunho, haja vista que, dessa forma, vivel fazer comparaes realistas, tendo em vista que os materiais so idnticos e os executores so os mesmos.

Tal estrutura apresenta seo transversal com 144 cm de rea (12 x 12cm) e altura de 70 cm, enquadrando-se no caso de pilar curto. Tal caracterstica confere estrutura propriedades resistentes aos efeitos de segunda ordem, visto que seu ndice de esbeltez () menor que o ndice de esbeltez limite (1).

Figura 17 - Pilar testemunho



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5.1.1 Ensaio Passado o tempo destinado a cura dos reforos, partiu-se para os ensaios de capacidade de carga, a fim de determinar qual seria o carregamento mximo que o pilar seria capaz de suportar.

Para o ensaio, primeiramente deve-se capear a base e topo do pilar, tal procedimento se d em funo de buscar distribuir a carga exercida pela prensa de maneira mais uniforme possvel. Aps realizado o capeamento, pode-se partir para o ensaio do elemento. Nessa ltima etapa, pilar testemunho resistiu a uma carga de 573 kN.

5.1.2 Dimensionamento Haja vista que a estrutura a ser estudada no apresenta nenhum tipo de armadura longitudinal ou transversal, a mesma foi dimensionada segundo a teoria da resistncia dos materiais, visto que o pilar no apresenta a parcela dtil conferida, basicamente, pela armadura longitudinal, obedecendo, com simplificaes, a Lei de Hooke. Na Figura 18, segue o diagrama de tenso x deformao para o concreto.

Figura 18 - Diagrama Tenso x Deformao do concreto

(fonte: ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS, 2014)


24Para tanto, utilizou-se a seguinte expresso:

Equao 1 - Lei de Hooke

Onde: = tenso de escoamento, em kN/cm;

FRj= carga mxima atuante, em kN; Ac = rea de concreto, em cm.

5.1.3 Resultados Segundo a equao apresentada e os dados obtidos atravs dos ensaios realizados em laboratrio, elaborou-se o Quadro 1, que sintetiza os resultados obtidos.

Quadro 1 - Resultado para o pilar testemunho

(fonte: elaborada pelos autores)

Obteve-se um erro de 9%, o que, de certa forma, aceitvel, visto que foram feitas simplificaes nos mtodos de clculo e, tambm, o concreto um material compsito com grande variabilidade de parmetros devido s caractersticas dos diferentes materiais, o que gera uma varincia. Outro fator que pode ter interferido nos resultados obtidos, foi a necessidade de se executar o ensaio em duas etapas, visto que uma semana antes de se fazer o ensaio de ruptura houve um problema no equipamento do laboratrio, em que o pilar foi carregado a valores acima de 50% do fcj, gerando trincas no mesmo. O posicionamento do mesmo e o capeamento tambm so fatores que podem alterar os resultados.

DADOS EXPERIMENTAL TERICO E/T626,4

9%573,0FRj(kN)

Rj(MPa) 39,8 43,5


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5.2 REFORO COM ARGAMASSA ADITIVADA Neste item so tecidos comentrios a respeito do ensaio da pea, assim como dos resultados obtidos experimentalmente frente aos encontrados via dimensionamento terico da capacidade de carga no reforo em argamassa aditivado.

5.2.1 Ensaio Passado o tempo destinado a cura dos reforos, partiu-se para os ensaios de capacidade de carga, a fim de determinar qual seria o carregamento mximo que o pilar reforado seria capaz de suportar.

Para o ensaio, primeiramente deve-se capear a base e topo do pilar, tal procedimento se d em funo de buscar distribuir a carga exercida pela prensa de maneira mais uniforme possvel. Aps realizado o capeamento, pode-se partir para o ensaio do elemento. Nessa ltima etapa, o pilar reforado com argamassa resistiu a uma carga de 916 kN.

5.2.2 Dimensionamento Para o reforo em argamassa, o procedimento adotado para a previso da capacidade de carga foi adotar as relaes estabelecidas em resistncias dos materiais. Portanto, adotou-se que a relao entre a resistncia do material multiplicada pela rea de atuao da carga, resulta na fora mxima admissvel no elemento, conforme a Equao 1

Cabe salientar que para o correto dimensionamento do reforo, deve-se adaptar a Equao 1, visto que o concreto e argamassa possuem caractersticas distintas. Portanto, deve-se supor compatibilidade de deslocamento entre materiais, e dessa maneira, encontra-se que o dimensionamento correto do reforo se d pela Equao 2.

Equao 2 - Capacidade de carga do reforo de argamassa

. . .


26Onde: = resistncia mdia do concreto, em kN/cm; = rea de concreto, em cm; = carga mxima atuante, em kN/cm; = mdulo de elasticidade do concreto, em kN/cm; = mdulo de elasticidade de argamassa, em kN/cm = rea de argamassa, em cm.

5.2.3 Resultados A partir do resultado de capacidade de carga obtida via ensaio, juntamente com a previso da capacidade de carga atravs da teoria, elaborou-se o Quadro 2, que retrata as diferenas encontradas entre resultado do clculo terico e o experimental.

Quadro 2 - Comparativo pilar com reforo em argamassa


Com o Quadro 2 possvel notar que o resultado do modelo terico utilizado est prximo do experimental, mostrando assim, que o modelo de clculo estabelecido fornece uma boa aproximao da carga mxima para esse reforo. Contudo, tem-se que alguns fatores, tais como o capeamento do pilar, a fissura de retrao estabelecida e o posicionamento do elemento na hora do ensaio podem ter afetado a resistncia final do pilar, mas de forma geral, percebe-se que o reforo foi bem executado.

5.3 REFORO COM FIBRA CARBONO Neste item so tecidos comentrios a respeito do ensaio da pea, assim como dos resultados obtidos experimentalmente frente aos encontrados via dimensionamento terico da capacidade de carga no reforo em fibra carbono.


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5.3.1 Ensaio Passado o tempo destinado a cura dos reforos, partiu-se para os ensaios de capacidade de carga, a fim de determinar qual seria o carregamento mximo que o pilar reforado seria capaz de suportar. No ensaio, chegou-se a carga de ruptura de 734 kN.

5.3.2 Dimensionamento Como base para o dimensionamento foi utilizada a norma americana ACI 440 - Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, que um guia para o dimensionamento de estruturas reforadas pela aplicao de fibras.

Cabe observar que o dimensionamento proposto por essa norma veio de uma adaptao da frmula utilizada para pilares encamisados com ao, e consiste no clculo de uma tenso de confinamento oriunda da fibra quando o pilar est em carga. Outra observao feita pela norma diz respeito seo utilizada. Para o caso de um pilar circular, a norma apresenta as frmulas e mtodos de clculo sem fazer ressalvas. J para o caso de sees quadradas e retangulares, o guia faz uma observao extremamente importante, e que ser discutida nos resultados do ensaio.

A frmula utilizada para o dimensionamento como se segue:

Equao 3 - resistncia do reforo com fibra

2,251 7,9 2 1,25

Onde: a resistncia compresso aparente do concreto, expressa em Mpa; a resistncia compresso especificada para o concreto, expressa em MPa; a tenso de confinamento devida ao encamisamento com o tecido de carbono, em MPa e cuja frmula a seguinte:


28Equao 4 - tenso de confinamento

2

Onde: a taxa de reforo, e calculada como segue:

Equao 5 - taxa de reforo

2

Sendo:

b e h as dimenses da seo transversal, n o nmero de camadas de reforo e tf a espessura do tecido;

um coeficiente de eficincia para o reforo com CFRP, que dependente da geometria da seo, dado por:

Equao 6 - coeficiente de eficincia

1 2 2

31

Onde: r o raio dos cantos arredondados e a taxa de armadura longitudinal (nesse caso esse valor

igual a zero); o nvel de deformao obtido na seo de ruptura da pea, que limitado ao valor

mnimo entre 0,004 e 0,75, com sendo a deformao de ruptura de projeto da fibra; o mdulo de elasticidade da fibra carbono


29Feito o clculo de , pode-se ento calcular a carga de ruptura do elemento, j com as devidas alteraes para a aplicao especfica de estudo, pela seguinte frmula:

Equao 7 - carga de ruptura do pilar

0,8 0,85

Com Ag sendo a rea bruta da seo. Para o dimensionamento do pilar considerado, tomaram-se como constantes os seguintes valores:

n = 2; b = h = 12 cm; = 230GPa; = 0,012. A partir desses valores foi possvel calcular a carga nominal de ruptura terica, cuja planilha de clculo apresentada a seguir:

Quadro 3 - Verificaes para reforo com fibra carbono Pilar Fibra carbono

fcj (MPa) 44 h (mm) 120 b (mm) 120 r (mm) 16

Ac (mm) 14400 n 2

tf (mm) 0,21 f 0,01 ka 0,64

fl (MPa) 4 fcc (MPa) 67 Fuf (ton) 69



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5.2.3 Resultados Para o pilar reforado com CFRP, assim como para os outros pilares, foi feito o ensaio de resistncia a compresso axial. A carga foi aplicada de forma centrada na pea. Sendo assim, o corpo de prova estava submetido apenas compresso centrada. O corpo de prova foi levado ruptura, e os valores obtidos no ensaio so dados na tabela a seguir, onde se mostra tambm um comparativo entre os valores obtidos pelo dimensionamento acima mencionado, e o valor experimental:

Figura 19 - Comparativo reforo com fibra carbono Experimental Terico E/T

FRj (kN) 734,00 695,49 5,54% (fonte: elaborada pelos autores)

Como se pode ver da tabela acima, os valores apresentam pouca discrepncia entre si, sendo que o valor calculado est abaixo do valor obtido experimentalmente, sendo mais a favor da segurana. Alm disso, observou-se que a fibra apresentou uma ruptura frgil na regio de aplicao de carga.

Com o valor obtido experimentalmente, observar-se- que o reforo com CFRP pode ser vivel para a utilizao no confinamento de pilares. Entretanto, segundo muitos autores da literatura, e tambm conforme recomendao da prpria norma ACI, a utilizao do reforo de CFRP em sees no-circulares, na prtica, apresenta pequena eficincia no quesito aumento de resistncia do elemento, mas pode ser utilizada quando se quer um aumento de ductilidade do elemento.

Por ductilidade, entende-se aumento da capacidade de deformao plstica do elemento considerado. Essa definio muito importante em estruturas de concreto sujeitas a sismos, podendo, em alguns casos, salvar centenas de vida em uma situao de terremoto. Por esse motivo, a aplicao do reforo pelo encamisamento dos pilares com CFRP se mostra importante, e no pelo ganho na resistncia da pea, mesmo que ele acontea.

Alm disso, outro fator que conta como ponto negativo para a validao desse ensaio, reside no fato das estruturas usuais de concreto j estarem sobre carga e, por mais que a carga no pilar seja aliviada, o mesmo j se encontra em deformaes prximas dos limites da norma (entre


310,2% e 0,35%). Dado que, para que a fibra entre em carga, a estrutura deve se deformar, alm de que o nvel de deformaes das estruturas precisa entrar nos limites da norma, o que seria contra a segurana.


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6 ANLISES

Neste item seguem as concluses retiradas entre o desempenho dos reforos frente ao pilar testemunho, assim como do desempenho entre reforos. Tambm so tecidos alguns comentrios sobre os custos de execuo de cada soluo de reforo e realizada uma anlise de comparativa de viabilidade econmica dos reforos estudados.

6.1 DESEMPENHO Quanto ao desempenho, viu-se que os reforos foram capazes de aumentar significativamente a capacidade de carga dos elementos. No caso do reforo de fibra carbono, houve o acrscimo de 28% na capacidade portante em relao ao testemunho.

No reforo com argamassa aditivada, o acrscimo de carga foi de 60% em relao ao pilar testemunho. Quando se compara o resultado obtido para reforo por argamassa contra o de fibra, percebe-se uma diferena de 25% para mais, assim ressalta-se que a melhor alternativa para o aumento da capacidade de carga em pilares, o aumento de seo. No Quadro 4, so mostrados os valores de carga de ruptura dos pilares e a anlise comparativa de resistncia para cada soluo de reforo.

Quadro 4 - Comparativo de desempenho estrutural


Na Figura 20, apresentado o grfico comparativo entre pilares, que mostra as cargas de ruptura para as diferentes solues utilizadas e o pilar testemunho. Tambm so mostradas as diferenas entre resistncia terica e a obtida experimentalmente.


33Figura 20 - Grfico comparativo experimental e terico


A partir da Figura 20, nota-se que as diferenas encontradas entre ensaio experimental e valores tericos so baixas, caracterizando assim que os modelos e consideraes de clculo esto corretas e de acordo com a realidade, e que a execuo dos reforos foi bem realizada.

6.2 CUSTOS Com vistas a avaliar de forma econmica a efetividade de cada reforo utilizado no trabalho, partiu-se para um levantamento dos custos para cada soluo. Inicialmente, levantou-se os custos referentes a cada material utilizado em ambos os reforos, para que posteriormente, fosse realizada a anlise econmica das solues.

Para o reforo em argamassa, elaborou-se o Quadro 5, que apresenta os valores de cada material utilizado no reforo, assim como o trao utilizado para a execuo do reforo.

Quadro 5 - Custos para reforo em argamassa

(fonte: elaborado pelos autores)

Material R$ R$/unid ConsumoCimento kg 50 23,00 0,46 1,0

Areia m 1 60,00 60,00 3,0Aditivo kg 1 15,00 15,00 0,0gua m 1 0,60 0,60 0,5Slica kg 25 98,90 3,96 10% p.c.

Resina kg 1 80,00 80,00 150gAo kg 1 6,00 6,00 80 cm

ARGAMASSA ADITIVADAunid


34Alm do levantamento de custos feito para o reforo de argamassa, fez-se tambm para o reforo com fibra carbono, assim gerou-se o Quadro 6.

Quadro 6 - Custos e consumo para o reforo em fibra carbono

(fonte: elaborado pelos autores)

Tendo posse dos valores de preo dos materiais empregados, assim como o consumo de cada um deles, fez-se o comparativo de custo por metro quadrado de reforo e de custo por kN de incremento de carga. No Quadro 7, so apresentados os valores encontrados na anlise comparativa.

Quadro 7 - Comparativo de custos entre reforos


A partir dos resultados encontrados, conclui-se que somente no caso de no se ter possibilidade de aumento de seo que se optaria pela utilizao de fibra carbono, como forma de aumento de carga, visto o alto custo que se tem neste tipo de reforo.

As diferenas encontradas na anlise de custos, ressaltam a importncia do conhecimento das caractersticas que cada reforo possui, pois atualmente busca-se atender as demandas de trabalho com solues que apresentem a maior relao custo/benefcio possvel.

Material R$ R$/unid ConsumoFibra m 1 180,00 180,0 0,945 m

Adesivo kg 1 215,00 215,0 393 gPrimer kg 1 80,00 80,0 131 g

unidFIBRA CARBONO

CUSTO ARGAMASSA FIBRA R$R$/m 15,2 280,53 1745%R$/kN 0,01 1,65 10956%


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7 CONSIDERAES FINAIS

Com a elaborao e estudo dos reforos empregados neste trabalho, foi possvel perceber por parte do grupo, a importncia que se tem em saber qual soluo adotar em obra, tanto em termos econmicos quanto de reposta estrutural.

No trabalho, percebeu-se que a melhor forma de reforo o aumento de seo, visto que a soluo com fibra carbono tem pouca eficcia quando o pilar comea a ficar esbelto. Sendo assim, sabe-se que a opo por fibra deve ser motivada, primeiramente, pelo ganho de ductilidade no pilar, e posteriormente, pelo ganho em resistncia.

O reforo de pilares ainda pode ser constitudo por outros mtodos, como por exemplo, o uso de protenso. Soluo essa que se mostra interessante do ponto de vista estrutural, uma vez que busca-se redistribuir a tenses de modo a otimizar a relao solicitao/resistncia. Contudo, uma soluo cara e de difcil execuo, porm necessria em certos casos.

Por fim, constatou-se que o trabalho final da cadeira foi extremamente enriquecedor no que tange ao conhecimento das solues tpicas que podem ser empregadas para reforo em estruturas correntes. Sendo que o grupo foi responsvel por realizar todas as etapas necessrias em um reforo, de modo a conhecer desde os mtodos executivos at o clculo final de cada soluo empregada.


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REFERNCIAS

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 440.2R-02: Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. Detroit, 2002. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6118: projeto de estruturas de concreto procedimento. Rio de Janeiro, 2014. CAMPAGNOLO, J. L.; SILVA FILHO, L. C. da; BEBER, A. J. Tcnicas de reforo e recuperao de estruturas de concreto armado. 1999. 35 f. Notas de aula da disciplina de Patologia e Instrumentao das Construes. Departamento de Engenharia Civil, Laboratrio de Ensaios e Modelos Estruturais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008. PIANCASTELLI, E. M. Patologia e Terapia das Estruturas: Reforo com concreto.1997. 160 f. Notas de aula da disciplina de Patologia, Recuperao e Reforo de Estruturas de Concreto Armado. Departamento de Estruturas, Escola de Engenharia, Universidade Ferderal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 1997. RIBEIRO, P. de T. P. A lenda do reforo compresso de pilares de concreto armado por encamisamento com elementos compsitos. Engenharia, Estudo e Pesquisa, Santa Maria, v. 10, n. 1, p. 46-53, jul./dez. 2010. TAKEUTI, A. R. Reforo de pilares de concreto armado por meio de encamisamento com concreto de alto desempenho. 1999. 205 f. Dissertao (Mestrado em Engenharia de Estruturas) Escola de Engenharia, Universidade de So Paulo, So Carlos, 1999.

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