Armaduras não metálicas

Devido ao processo de melhoria contínua, inerente à necessidade de criar soluções mais vantajosas em todos os aspetos, foram crescendo, ao longo dos anos, soluções de reforço que vieram a eliminar as desvantagens da aplicação de reforço com chapas metálicas, que até ao início dos anos 80 era a mais desenvolvida.

A importância dos metais, no reforço estrutural, foi diminuindo em prol do crescimento de soluções de compósitos. Este crescimento criou automaticamente uma competitividade no mercado, o que permitiu um desenvolvimento de soluções e o estudo das mesmas, por entidades académicas e até mesmo comerciais.

Inicialmente, o desenvolvimento de conhecimentos na aplicação de compósitos de FRP não foi com o propósito de uso na construção (figuras 6 e 7), mas sim para soluções militares, aeroespaciais, náuticas e automobilísticas. Porém, o interesse por parte dos intervenientes na construção surgiu em diferentes zonas do mundo, principalmente no Japão, na América do Norte e na Europa (Azevedo, 2008). O estudo de soluções de compósitos teve por base propósitos diferentes, mas que igualmente se complementaram. No caso do Japão, o propósito era a melhoria das edificações para a situação de sismo; no caso da América do Norte, o propósito era o aumento de durabilidade das estruturas e na Europa, o propósito era a preservação e reabilitação do património histórico e cultural (Juvandes, 2002).

Não se sabe com total certeza onde se deram os primeiros ensaios laboratoriais do sistema de reforço com compósitos de fibra colados exteriormente. No entanto, presume-se que em 1984 se deu o primeiro teste numa estrutura reforçada com a técnica de colagem de armaduras não metálicas, no “Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research” (EMPA) na Suíça.

Após o primeiro teste em laboratório, referido anteriormente, sucederam-se vários ensaios em todo o mundo, destacando as frentes de pesquisa da Alemanha, dos EUA, Canadá e Japão (Juvandes, 2002).

Com as sucessivas aplicações de referência a nível internacional, conseguiu definir-se um padrão experimental de resultados e da eficiência deste sistema, porém o conhecimento teórico de dimensionamento deste reforço ficava aquém do exigível pela engenharia civil. Devido a essa escassez informativa, foram desenvolvidos documentos auxiliares para o dimensionamento e para os processos de aplicação, tendo destaque os documentos desenvolvidos pelo ACI – American

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Concrete Institute (EUA), fib – Fédération Internationale du Béton (Europa) e JSCE – Japanese Society of Civil Engineers (Japão).

“Segundo Meier (1997-a), a primeira aplicação de um sistema de reforço com FRP deu-se na Europa, na ponte “Kattenbusch Bridge” (Alemanha) entre 1986 e 1987, onde se utilizaram 20 tiras de laminados de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP)” (Juvandes 2002). A ponte “Ibach Bridge” (Suíça), foi o exemplo pioneiro de reforço com fibras de carbono (CFRP) através de uma resina de epóxido (Juvandes, 2002).

Apesar de muitos esforços terem sido alinhados no sentido de criar modelos exatos de dimensionamento, ainda não se conseguiu o consenso de opiniões em torno do tema e muitos reforços a nível mundial são realizados meramente pelo conhecimento empírico (Tarso, 2005).

Figura 6 - Reforço de laje com lâminas de fibra de carbono

[Fonte: Documentos da disciplina de Inspeção e Reforço de Estruturas(ISEP); Rodrigues, Carlos (2013)]

Figura 7 - Reforço com CFRP em viga e pilar

[Fonte: Documentos da disciplina de Inspeção e Reforço de Estruturas(ISEP); Rodrigues, Carlos (2013)]

17 Igualmente, a qualquer tipo de reforço estrutural, as condicionantes para aplicação de um sistema externo de armaduras não metálicas devem ser bem definidas e estabelecidas. Sendo reconhecido o risco potencial do reforço por colagem, a viabilidade do mesmo é dada após se verificarem as seguintes medidas adicionais de segurança, segundo Juvandes (2002):

 O betão deve estar em boas condições, com aderência na superfície superior a 1,5 MPa para laminado de fibra de carbono e 1,0 MPa para tecidos de fibra de carbono;

 Um reforço à flexão deve ter a capacidade para mobilizar uma camada de compressão efetiva e a resistência ao esforço transverso, através da armadura existente ou por adição de outra exteriormente;

 Selecionar um sistema de reforço suficientemente conhecido no mercado;

 Intervenção de técnicos com experiência a nível do projeto, da execução/aplicação e do acompanhamento no tempo.

Tem-se verificado, ao longo dos anos, que as soluções com compósitos de FRP apresentam elevada durabilidade em relação aos sistemas de colagem com chapas metálicas. Apesar dos materiais serem mais dispendiosos no primeiro sistema, existe uma redução do custo global pela necessidade reduzida de manutenção e reabilitação dos sistemas de reforço (Manzano, 2012 e Azevedo, 2008).

Um reforço de FRP contempla as seguintes vantagens:

 Aumento de resistência à flexão;

 Aumento da resistência ao corte;

 Redução da deformação;

 Elevada capacidade de dissipação de energia.

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Um FRP também apresenta as suas desvantagens como:

 Material sem patamar de cedência (rotura em regime elástico);

 Material novo e ainda pouco conhecido;

 Sofre envelhecimento por raios ultravioleta;

 Requer mão-de-obra especializada;

 Ausência de normas nacionais (caso de Portugal e Brasil);

 Baixa resistência ao fogo.

19 tecnologias, os sistemas de reforço com compósitos têm revolucionado o mundo da construção, no que diz respeito ao reforço estrutural de elementos de betão armado. Por norma, o uso de fibras na construção pressupõe o reforço de uma estrutura já existente, que é submetida a novos esforços, que sofreu danos acidentais, danos consequentes da idade da estrutura ou até mesmo má conceção original, que obriga a reparações estruturais para posterior reforço estrutural.

Técnicas como o aumento da secção com acréscimo de betão ou a colocação de chapas metálicas na estrutura são realmente consideradas como tradicionais, no entanto, existem soluções que se podem tornar mais viáveis sob o ponto de vista económico e de facilidade/tempo de aplicação, permitindo igualmente um aumento de capacidade resistente do elemento, maioritariamente com uma razão de capacidade de carga superior às soluções tradicionais.

Sugere-se, neste documento, a utilização de soluções de reforço estrutural a partir do uso de fibras como sendo uma solução que tende a ser a mais favorável a nível económico e a nível estrutural. É de salientar, no entanto, que as características dos materiais utilizados num reforço estrutural são bastante diferentes daquelas que são apresentadas pela grande maioria dos fornecedores nas suas fichas técnicas, salvo raras exceções, pelo que, entender os vários elementos de um sistema compósito é fundamental para avaliar se as informações divulgadas pelos fornecedores se verificam suficientes e coerentes.

Um sistema de reforço com compósitos de fibra de carbono através de colagem exterior (EBR – Externally Bonded Reinforcement) compreende os seguintes elementos:

 Betão Armado;

 Matriz polimérica;

 Adesivo (resina).