1 INTRODUÇÃO
O Polímero Reforçado com Fibras de Carbono (PRFC) é um material compósito formado pela combinação de dois materiais, sendo eles a fibra de carbono e a matriz polimérica. A fibra de carbono é responsável por resistir aos esforços externos de tração e a matriz polimérica de proteger e manter as fibras posicionadas ordenadamente. A matriz polimérica garante a transferência de esforços do concreto para fibra de carbono, através da transferência das tensões de cisalhamento entre os dois materiais.
O PRFC já é largamente utilizado em áreas como: a engenharia aeronáutica, engenharia aeroespacial, engenharia petroquímica, engenharia naval, bioengenharia, engenharia automobilística, artigos esportivos, entre outros. Na engenharia de estruturas, sua aplicação vem cada vez mais se consolidando, em razão da sua elevada resistência mecânica, elevada resistência a ataques químicos diversos, alto módulo de elasticidade, bom comportamento à fadiga e baixo peso específico.
O estudo do seu comportamento, aplicação e viabilidade técnica e econômica no reforço de estruturas, tem se tornando frequente, e é bastante necessário, uma vez que, uma base de dados experimentais e o profundo conhecimento de suas propriedades, modo de ruptura e interação com o concreto, possibilitam a determinação de critérios e parâmetros para projetos de reforço mais seguros, funcionais e menos onerosos.
Atualmente, não há normas brasileiras relacionadas ao dimensionamento de reforço de estruturas de concreto utilizando PRFC. Isto leva a busca de normas e manuais internacionais relacionados ao tema. As duas normas técnicas de destaque que abordam o tema reforço de estruturas de concreto com PRFC, são:
o ACI 440.2R-17 - Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures (2017);
o CEB-FIP - Externally bonded FRP reinforcement for RC structures (2001).
As vigas de seções celulares (ou vigas caixão) são muito utilizadas na construção de pontes em concreto, sendo uma das principais alternativas para pontes de médias e grandes dimensões, e pontes curvas.
Nas últimas décadas foi construído um grande número de viadutos e pontes em superestrutura composta por vigas celulares em concreto, o que gera uma demanda
relativamente alta, no que diz respeito à necessidade de intervenções estruturais para garantia da trafegabilidade dos veículos e aumento da vida útil da estrutura. Atualmente, muitas pontes celulares existentes necessitam ser reabilitadas devido a fatores como falta de manutenção, aumento dos carregamentos móveis que transitam sobre a ponte, alta agressividade ambiental, erros de execução e/ou de projetos, alargamento, ações excepcionais, entre outros.
Nos dias atuais, há algumas soluções já consolidadas para reforço e reabilitação de pontes, como, por exemplo, protensão de cabos de aço externamente, aumento da seção transversal de concreto com adição de armaduras, colagem externa de chapas e perfis metálicos, entre outras. A colagem externa de mantas ou laminados em PRFC e o entalhamento de barras de PFRC são também alternativas para reabilitação e reforço de estruturas de pontes de concreto. Seus principais benefícios, comparados às outras alternativas, estão associados a facilidade executiva, leveza do material (não aumenta o peso próprio da estrutura), e aumento substancial da capacidade resistente dos elementos estruturais, propriamente pelo PFRC oferecer boas propriedades mecânicas, e métodos de execução relativamente simples.
Vale ressaltar que a aplicação do reforço com PRFC em pontes com vigas celulares requer um entendimento complexo do comportamento e dimensionamento desse material, pois quando em serviço, as pontes celulares estão sujeitas a elevados esforços combinados de força cortante, torção e flexão (longitudinal e transversal).
1.1 Justificativa
A infraestrutura de transportes do Brasil é majoritariamente formada pelo transporte rodoviário, que é atualmente o principal sistema logístico do país. De acordo a Confederação Nacional de Transportes (2006), a malha rodoviária pavimentada brasileira é composta de 57.933 km de rodovias federais, 115.426 km de rodovias estaduais e 22.735 km de estradas municipais, totalizando uma malha de 196.094 km. O total de rodovias no país é de 1.610.076 km (apenas 12% pavimentados), sendo a quarta maior malha rodoviária do mundo (CIA, 2017). O desenvolvimento da infraestrutura rodoviária no Brasil iniciou-se no governo de Getúlio Vargas, com a criação do Plano Geral Nacional de Viação (PGNV) em 1934, o primeiro projeto nacional para os transportes aprovado oficialmente, que culminou, logo depois, na criação do Departamento Nacional de Estradas e Rodagem (DNER), em 1937. O grande investimento em infraestrutura rodoviária se deu por quase todos os anos desde a criação do PGNV. Em 2007 foi criado o PAC (Programa de Aceleração do Crescimento), programa que
teve o compromisso de retomar o planejamento e a execução de grandes obras de infraestrutura logística, energética e social e urbana do país. Até então, já foram investidos quase R$ 1,9 trilhão (SEPAC, 2016). Boa parte desse investimento foi destinado à construção e a manutenção de diversas obras rodoviárias e urbanas no país, e contribuiu para implantação de novas estradas e rodovias.
O DNIT, Departamento de Infraestrutura dos Transportes (antigo DNER), divulga, habitualmente, o resumo atualizado do Sistema Nacional Viário (SNV), contemplando a efetiva malha rodoviária federal do Brasil, administrada pelo governo federal. Na Tabela 1 e no Gráfico 1, a seguir, têm-se alguns desses dados do, até então, último SNV publicado.
Tabela 1: Rede do Sistema Nacional Viário em km.
(Fonte: DNIT, 2018) Versão SNV: 201803A TRAVESSIA LEITO NATUAL EM OBRAS IMP IMPLANT EM OBRAS PAV SUB- TOTAL PISTA SIMPLES EM OBRAS DUP PISTA DUPLA SUB-TOTAL DF Distrito Federal 170.2 - - - - - - 78.3 - 129.0 207.3 377.5 GO Goiás 2,635.4 - 100.7 - - 178.7 279.4 2,597.6 44.8 765.8 3,408.2 6,323.0
MS Mato Grosso do Sul 562.6 - 225.5 - 1.4 36.2 263.1 3,710.2 - 68.0 3,778.2 4,603.9
MT Mato Grosso 1,541.2 - 427.7 - 402.0 235.8 1,065.5 3,538.3 206.8 273.6 4,018.7 6,625.4 4,909.4 - 753.9 - 403.4 450.7 1,608.0 9,924.4 251.6 1,236.4 11,412.4 17,929.8 AL Alagoas 100.5 - 49.0 - - 4.4 53.4 473.6 182.7 91.5 747.8 901.7 BA Bahia 4,006.4 39.8 497.7 - 272.4 274.7 1,084.6 6,013.7 69.8 125.9 6,209.4 11,300.4 CE Ceará 1,097.6 - 42.0 80.9 189.0 44.4 356.3 2,089.5 32.3 72.5 2,194.3 3,648.2 MA Maranhão 1,062.9 - - - 98.8 - 98.8 3,080.3 40.3 51.6 3,172.2 4,333.9 PB Paraíba 388.0 - 18.3 - 0.5 7.7 26.5 998.6 2.9 273.3 1,274.8 1,689.3 PE Pernambuco 683.4 - - - 95.4 - 95.4 1,693.7 101.7 357.5 2,152.9 2,931.7 PI Piauí 1,632.7 - 52.7 - 42.0 - 94.7 2,719.0 16.0 46.5 2,781.5 4,508.9
RN Rio Grande do Norte 253.5 - - - 32.0 - 32.0 1,354.1 16.7 146.1 1,516.9 1,802.4
SE Sergipe 100.4 - - - - - - 161.5 77.6 79.7 318.8 419.2 9,325.4 39.8 659.7 80.9 730.1 331.2 1,841.7 18,584.0 540.0 1,244.6 20,368.6 31,535.7 AC Acre 503.1 0.2 - - 16.7 224.1 241.0 905.6 - 8.8 914.4 1,658.5 AM Amazonas 3,803.4 30.5 - - 1,546.7 86.2 1,663.4 700.4 - 2.8 703.2 6,170.0 AP Amapá 193.0 - - - 542.5 13.8 556.3 465.1 - - 465.1 1,214.4 PA Pará 2,558.6 65.4 109.0 - 1,508.8 766.6 2,449.8 2,601.6 - 70.6 2,672.2 7,680.6 RO Rondônia 165.0 1.2 - - 182.4 50.7 234.3 1,795.9 - 88.7 1,884.6 2,283.9 RR Roraima 184.7 - - - 607.8 15.5 623.3 1,033.4 - 17.2 1,050.6 1,858.6 TO Tocantins 622.5 1.9 199.7 59.7 62.7 84.5 408.5 1,653.0 - 55.7 1,708.7 2,739.7 8,030.3 99.2 308.7 59.7 4,467.6 1,241.4 6,176.6 9,155.0 - 243.8 9,398.8 23,605.7 ES Espirito Santo 617.6 - 50.9 - - 24.7 75.6 940.7 - 61.1 1,001.8 1,695.0 MG Minas Gerais 8,574.1 1.1 192.0 - 337.3 173.6 704.0 7,569.9 134.5 1,100.0 8,804.4 18,082.5 RJ Rio de Janeiro 839.5 - - - 8.6 9.3 17.9 1,072.1 26.0 593.5 1,691.6 2,549.0 SP São Paulo 5,427.0 - - - - - - 486.6 - 635.8 1,122.4 6,549.4 15,458.2 1.1 242.9 - 345.9 207.6 797.5 10,069.3 160.5 2,390.4 12,620.2 28,875.9 PR Paraná 2,320.3 0.8 4.8 - - 93.2 98.8 3,121.4 91.4 741.8 3,954.6 6,373.7
RS Rio Grande do Sul 2,844.6 5.7 - - 141.9 28.2 175.8 4,958.8 268.1 398.8 5,625.7 8,646.1
SC Santa Catarina 1,203.1 1.2 - - - 28.0 29.2 1,867.7 11.1 467.7 2,346.5 3,578.8 6,368.0 7.7 4.8 - 141.9 149.4 303.8 9,947.9 370.6 1,608.3 11,926.8 18,598.6 44,091.3 147.8 1,970.0 140.6 6,088.9 2,380.3 10,727.6 57,680.6 1,322.7 6,723.5 65,726.7 120,545.6 Sub-Total Sudeste Sub-Total Sul BRASIL Sub-Total Centro- Oeste Sub-Total Nordeste Sub-Total Norte REDE DO SNV REGIÃO UF PLANEJADA
REDE NÃO PAVIMENTADA REDE PAVIMENTADA
Gráfico 1: Resumo do Sistema Nacional Viário em percentual.
(Fonte: adaptado DNIT, 2018)
Do Gráfico 1 e da Tabela 1, pode-se observar que a malha rodoviária federal administrada pelo DNIT, até o ano de 2018, é bastante extensa. Cerca de 9% das rodovias não são pavimentadas, 54% são pavimentadas e 37% são planejadas, ou seja, que ainda serão implantadas, mas que já existe um traçado pré-definido.
As rodovias brasileiras necessitam, em grande parte delas, de manutenção, adequação de capacidade de segurança, adequação de trafegabilidade, entre outros. Em vista da crescente demanda por melhorias e adequações, que resultou na necessidade em manter as Obras de Arte Especiais em boas condições de utilização, o DNIT criou em 2011 o PROARTE (Programa de Reabilitação de Obras de Arte Especiais), que tem como objetivo o atendimento imediato das necessidades de intervenções de restauração, restauração e reforço estrutural, ou restauração, reforço estrutural e alargamento das Obras de Arte Especiais da malha rodoviária federal.
A metodologia adotada para o programa foi a definição das intervenções necessárias para a recuperação, reforço e alargamento das OAE’s através de diagnóstico de campo, baseado em procedimentos-padrão de cadastro e avaliação (DNIT, 2011). O programa definiu como uma das principais premissas, o alargamento das OAEs com menos de 13,00m de largura. Atualmente a plataforma mínima padrão do DNIT para travessias sem passeio é de 13,00m, considerando duas faixas de rolamento de 3,60m, dois acostamentos de 2,50m e duas barreiras New Jersey de 0,40m, como pode ser visto na Figura 1.
Figura 1: Seção transversal típica padrão DNIT.
(Fonte: autor, 2018)
Na primeira fase do PROARTE previu-se a intervenção em 500 OAEs, conforme os dados fornecidos na Tabela 2.
Tabela 2: Primeira fase do PROARTE.
(Fonte: adaptado do DNIT, 2011).
A estimativa para a segunda fase do programa foi de cerca de 4.500 OAE’s, com área estimada de 2.800.000 m², e um custo de R$ 4,8 bilhões, sendo priorizadas as intervenções de acordo o Quadro 1.
Número Total de OAEs: 500
Extensão Total (m): 36.101
Área Total(m²): 468.663
COMPRIMENTO Quantidade de OAEs Percentual
Até 60m 327 65%
De 60m a 120m 103 21%
Maior que 120m 70 14%
LARGURA Quantidade de OAEs Percentual
Até 8,30m 73 15%
De 8.30 m a 13m 394 79%
Maior que 13m 33 7%
NECESSIDADES DE INTERVENÇÃO Quantidade de OAEs Percentual
Recuperação e Reforço 74 15%
Recuperação, Reforço e Alargamento 426 85%
RESUMO
Quadro 1: Intervenções por prioridade da 2ª Etapa do PROARTE.
(Fonte: adaptado do DNIT, 2011)
Em novembro de 2016, foi realizado o II Fórum de Infraestrutura de Transportes, que teve como objetivo proporcionar uma discussão ampla e transparente sobre os conflitos jurídicos que surgem e se avolumam a partir da execução de obras e serviços do DNIT. Neste evento, os responsáveis pelo PROARTE fizeram uma apresentação sobre o programa, suas perspectivas, objetivos e resultados. De acordo com o que foi apresentado, 5.020 Obras de Arte Especiais foram inspecionadas e avaliadas ao quanto seu estado de utilização, onde para cada OAE inspecionada, foi atribuída uma nota técnica. No Quadro 2 apresentam-se os critérios para avaliação e definição das notas técnicas. Na Tabela 3 apresenta-se o resumo das inspeções associadas as notas técnicas.
Tabela 3: Nota técnica das OAE’s inspecionadas pelo programa PROARTE.
(Fonte: adaptado do DNIT, 2016)
1 Vias Estruturais - Alargamento de OAE's
2 OAE's que dão acesso a Portos 3 OAE's para transporte de cargas e
escoamento de produção 4 Demais OAE's a critério da
UPEsp/Superintendência Reg.
2ª ETAPA DO PROARTE -