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Por: Gabriel Pereira Gonçalves
Campos dos Goytacazes - RJ (2009)
REPARO E REFORÇO (CISALHAMENTO) Por: Gabriel Pereira Gonçalves Trabalho apresentado à disciplina de Patologia e Reparo de Estruturas de Concreto. Prof. Dylmar Penteado Dias
Campos dos Goytacazes - RJ (2009)
REPARO / RECUPERAÇÃO X REFORÇO
•Introdução de materiais com a finalidade de aumentar ou de reconstituir a capacidade portante da estrutura.
DEFINIÇÃO PROCESSO DE REPARO (CARNEIRO, 1998)
• É definido como sendo o restabelecimento das características mecânicas iniciais, ou seja, devolvese à estrutura danificada sua capacidade resistente inicial.
CLASSIFICAÇÃO DOS REPAROS (SOUZA, 1998) • Profundidade dos danos: Inferior a 2 cm - Reparos rasos ou superficiais Entre 2 e 5 cm - Reparos semi profundos Superior a 5 cm – Reparos profundos
REPAROS COM ARGAMASSAS (SOUZA E RIPPER) • Qualquer tamanho em área, e pequenas profundidades. •Uso: De acordo com a função da deterioração, na qualidade final desejada e no custo. •Tipos de argamassa: Convencional de cimento e areia (1:3 e a/c 0,45). Seca Com polímeros (resinas sintéticas poliméricas) Argamassa epóxi
REPAROS COM CONCRETOS (SOUZA E RIPPER)
• Resistência igual à do concreto existente •Granulometria dos agregados compatíveis •Trabalhabilidade conveniente •Tipos de concretos: Convencional Com adesivo
• CATEGORIA DOS SISTEMAS DE REPARO PARA CONCRETO.
•Fonte: EMBERSON and MAYS2, apud MORGAN, 1990
PROPRIEDADE MECÂNICAS DE ALGUNS MATERIAIS PARA REPARO
• MAYS, G. and WILKINSON (1987)
REFORÇO
• Estabelecimento de características mecânicas superiores às iniciais. • A capacidade resistente da estrutura é aumentada • Materiais com características especiais, também com a extensão da região aplicada
variando
REFORÇOS (TIPOS)
•Chapa colada •Estribos externos pré-tracionados •Escoramento atirantado •Protensão exterior com cordoalhas •Encamisamento com concreto e argamassa •Estribos e / ou armadura longitudinal externos colados •Compósitos de fibras e resinas.
TIPOS DE REFORÇOS
• Pinos para Ligação de Concretos – comportamento monolítico
REFORÇO - PILARES • Encamisamento •Lateral
REFORÇO – VIGAS (FLEXÃO)
• Encamisamento total ou parcial •Diversos tipos de concreto
REFORÇO - SAPATA
•Q
REFORÇO AO CISALHAMENTO • Geralmente, execução mais complicada • Entender o comportamento do cisalhamento no concreto armado tem sempre sido um desafio aos pesquisadores. • Objeto de estudo - a estimativa da capacidade resistente ao cisalhamento de peças de concreto armado. •O colapso por cisalhamento ainda não foi completamente desvendado, em razão do complexo comportamento global das estruturas de concreto e da dificuldade de se estimar com precisão a parcela de contribuição de cada um dos diferentes mecanismos resistentes à força cortante. (BORGES et al 2002).
REFORÇO AO CISALHAMENTO E FLEXÃO (VIGAS) - PIANCASTELLI, E.M, 1997
•Q
REFORÇO APENAS NO CISALHAMENTO
• Pode ser feito cortes no Concreto de cobrimento nas posições onde serão instalados os estribos de reforço
REFORÇO AO CISALHAMENTO (LAJES)
• Menos comum de ocorrer •Reforçar o cisalhamento somente - introdução de armadura específica, por colagem ou protensão (economia)
ESTUDOS EXISTENTES DE REFORÇO COM ESTRIBOS • Freitas (1997) •Michel (1996) •Carneiro (1998)
COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE VIGAS REFORÇADAS AO CISALHAMENTO, FREITAS (1997) • Estribos de Chapa de aço •Cola – resina epóxica SIKADUR-31 Detalhes das armaduras e da condição de carregamentos das vigas Estribos de chapa Carga Armadura Armadura Lado Lado durante o Viga longitudinal Transversal esquerdo direito reforço 2 x (45 x 1 90 x 1 mm 2 ø 16 mm + 2 ø 5mm a c/ mm) cada cada 200 V2 3ø20 mm 200 mm 200 mm mm 50 2 x (45 x 1 90 x 1 mm 2 ø 16 mm + 3 1 ø 5mm a c/ mm) cada cada 200 V5 ø 20 mm 100 mm 200 mm mm 0
COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE VIGAS REFORÇADAS AO CISALHAMENTO, FREITAS (1997) Valores de resistência e de carga de ruptura das vigas ensaiadas
Viga
Resistência ao Resistência ao Aumento de cortante antes cortante após resistência Carga de do reforço (KN) o reforço (KN) ao cortante ruptura à (*) (**) (%) flexão (KN)
V2
81
199,9
146,8
180
V5
81
183,3
126,3
180
(*) Valores nominais (NBR-6118) (**) Valores experimentais
VIGAS DE CONCRETO ARMADO REFORÇADAS AO CISALHAMENTO, MICHEL (1996) • Estribos externos pré-tracionados Armadura interna e externa das vigas viga V1 V2 V3 V4 V5
Armadura longitudinal 2 ø 16 mm + 3ø20 mm 2 ø 16 mm + 3ø20 mm 2 ø 16 mm + 3ø20 mm 2 ø 16 mm + 3ø20 mm 2 ø 16 mm + 3ø20 mm
Armadura transversal ø 5 MM cada 100 mm 2 ø 5 MM cada 200 mm ø 5 MM cada 100 mm 2 ø 5 MM cada 200 mm ø 5 MM cada 100 mm
Armadura reforço ø 12,5 mm cada 250 mm ø 12,5 mm cada 250 mm ø 12,5 mm cada 250 mm ø 12,5 mm cada 250 mm ø 12,5 mm cada 250 mm
VIGAS DE CONCRETO ARMADO REFORÇADAS AO CISALHAMENTO, MICHEL (1996) Valores de resistência e de carga de ruptura das vigas ensaiadas
Viga
Resistência ao Resistência ao Aumento de cortante antes do cortante após o resistência ao reforço (KN) (*) reforço (KN) (**) cortante (%)
Carga de Máxima (KN)
V1
80,8
106
31,1
160
V2
80,8
132
63,4
150
V3
80,8
160,1
98,1
V4
80,8
143,3
77,4
150
V5
80,8
125,8
55,7
150
205 (***)
(*) Valores nominais (NBR-6118) (**) Valores experimentais *** ) Carga ruptura à flexão experimental (única viga levada à ruptura)
REFORÇOS DE FLEXÃO E CISALHAMENTO DAS VIGAS DE CARNEIRO (3 VIGAS – RESULTADOS COMPARADOS COM MORAIS, 1997)
(VL-1): estribos pré-tracionados (VL-2): estr. vergalhões colados
(VL-3) estr. tiras de chapas de aço coladas
RESULTADOS DE CARNEIRO • Aumento de rigidez e capacidade resistente; •Ação conjunta das armaduras externa e interna e redução das aberturas de fissuras de flexão e cisalhamento. •Reforço de cisalhamento aumentou a carga de ruptura: 30% (VL-2) - vergalhões; 80% (VL-1) – pré-tracionados 80% (VL-3) – Chapas de aço •OBS.: Os estribos de vergalhões colados funcionaram bem como reforço ao cisalhamento, mas não conseguiram evitar o deslizamento do reforço de flexão (vergalhões longitudinais colados) antes que a viga alcançasse sua resistência à flexão.
UTILIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE PRFC COMO REFORÇO AO CISALHAMENTO • Incrementar a resistência ao esforço cortante em vigas e pilares •envolvimento total ou parcial dos elementos •orientação das fibras, na direção transversal ao eixo vital importância para proporcionar resistência adicional ao cortante. •colapso por flexão - natureza relativamente mais dúctil que o colapso devido à força cortante
PROPRIEDADES TÍPICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE FIBRA (MATTHYS, 2000)
PROPRIEDADES TÍPICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE FIBRA (MATTHYS, 2000) Fibras de Carbono •Mais rígidas e resistentes •Extraordinária rigidez e leveza •Bom comportamento em: fadiga atuação de cargas cíclicas estabilidade térmica estabilidade reológica Resistente a ataques químicos Obs: boa condutividade elétrica – corrosão do tipo galvânica
PROPRIEDADES TÍPICAS DAS RESINAS MAIS USADAS (TAERWE ET AL., 1997).
Vantagens: excelente resistência à tração, boa resistência à fluência, boa resistência química e a solventes, forte adesão com as fibras e baixa retração durante a cura. Desvantagens: O preço e o longo período de cura, elevadas temperaturas comprometem a resina epóxica, que se torna elastomérica e sofre reduções consideráveis de resistência.
Reforço a flexão e ao cisalhamento (MENON, 2008)
Configurações de colagem (ACI 440.2R-02, 2003)
Configurações de reforço ao cisalhamento (TENG et al., 2001)
ESPECIFICAÇÕES NORMATIVAS PARA DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO AO CISALHAMENTO COM PRFC • aumento na utilização PRF como reforço
• Esforços internacionais para diretrizes dimensionamento. • Publicação de vários códigos e guias
de
PROPOSTA DE DIMENSIONAMENTO COM LÂMINAS DE PRFC EM FORMA DE L SEGUNDO ENSAIOS DO EMPA • Modelo de treliça – θ = 45° lâmina de PRFC, admite-se uma força:
• VCR - esta parcela deve ser considerada igual a zero segundo a Standard SAI 162,1989.
VW,R = esforço cortante absorvido pelo reforço (KN)
AL (mm²) =( 2*b*t );
DADOS As = área da armadura transversal AL = área das lâminas de PRFC em forma de L (mm²) AL = 2*b*t; α = ângulo suposto entre as fissuras de cisalhamento s = espaço entre as lâminas fL = tensão na lâmina em L (MPA) – fL=E*ε; Fy = tensão de escoamento à tração experimental do aço E = módulo de elasticidade das lâminas =1200000 MPa; ε = deformação máxima das fibras =0,007; b = largura da lâmina; t = espessura da lâmina; z = Braço de alavanca de forças internas (mm) sendo (z=0,9d)
• Não se encontram dados empíricos disponíveis sobre a interação entre os estribos e as lâminas de PRFC em forma de L, portanto se propõe que toda a resistência ao esforço cortante deveria ser absorvida pelas lâminas de PRFC em forma de L.
• FL,R , = Força por lâmina de PRFC em forma de L dispostas com espaçamento s (MPa); z = Braço de alavanca de forças internas – (z=0,9d) (mm).
ANÁLISE DA SEÇÃO SEM REFORÇO
DADOS •VR0 = Resistência ao esforço cortante da seção sem reforço; •As ≥ As,min; •Vc,R0 = Capacidade de carga ao esforço cortante da seção de concreto sem reforço ao esforço cortante •As = armadura transversal; •As, min = armadura transversal mínima.
•OBS. Deve-se apresentar uma armadura transversal mínima, caso contrário o reforço não se deve realizar sendo que Vc,Ro é calculado por fórmula, podendo variar de acordo com os códigos normativos do país.
COMPRIMENTOS DE ANCORAGEM NAS LAJES E NA ZONA DAS DOBRAS NA FACE INFERIOR DA VIGA
Zona de ancoragem. (EMPA, 1998)
CAPACIDADE DE SERVIÇO • Na condição de serviço - evitar o desprendimento em grande escala da lâmina de PRFC em forma de L na área da alma:
CONCLUSÃO • Este trabalho mostrou as diversas possibilidades de combinação de diferentes tipos de reparos e reforços. • O aço e o concreto – materiais tradicionais •Grande mobilização na procura de novos materiais mais duráveis, resistentes e leves para serem utilizados no reforço estrutural. (compósitos reforçados com fibra) •Propriedades CRF: elevada resistência à tração, leveza, resistência à corrosão e à fadiga, amortecimento ao choque e isolamento eletromagnético.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Piancastelli, E.M. - Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto Armado - Ed. Depto. Estruturas da EEUFMG – 1997. •Tese de Nara Villanova Menon (UFSC), ESTUDO EXPERIMENTAL DE SISTEMAS DE REFORÇO AO CISALHAMENTO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO UTILIZANDO-SE POLÍMERO REFORÇADO COM FIBRAS DE CARBONO (PRFC) – 2008. •Tese de Caroline Maia Araújo (COPPE/UFRJ), REFORÇO DE VIGAS DE CONCRETO À FLEXÃO E AO CISALHAMENTO COM TECIDOS DE FIBRA DE CARBONO – 2002. •Tese de Pedro Elizardo Villalba Latorre (UFPR), ESTUDO DE ARGAMASSAS PARA REPAROS DE ESTRUTURAS DE CONCRETO SUJEITAS À ABRASÃO, EM LOCAIS COM UMIDADE ELEVADA – 2002. •Tese de Luiz Antônio Vieira Carneiro (COPPER/UFRJ), REFORÇO À FLEXÃO E AO CISALHAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO – 1998.
FIM
