2.6 ENSAIOS REALIZADOS NO BRASIL
2.6.5 Meneghetti (2007)
Esta tese desenvolvida na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) por Meneghetti (2007) teve como objetivo estudar os mecanismos de ruptura prematura que ocorrem em estruturas de concreto armado reforçadas com materiais compósitos (vidro, carbono e aramida), devido ao carregamento e ao efeito da concentração de tensão no compósito na região de fissuração do concreto.
A pesquisa foi dividida em dois grupos IIA e IIB. As propriedades mecânicas dos materiais compósitos utilizados nos ensaios e avaliados sob carregamento estático são apresentados na Tabela 2.22.
Para a execução dos ensaios de vigas com PRF, foi realizado o ensaio à flexão de quatro pontos. Para o estudo preliminar de fadiga foram fabricadas 28 vigas menores do grupo IIA, sendo quatro vigas ensaiadas sob carga estática e 24 vigas sob carregamento cíclico.
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Tabela 2.22 - Propriedades mecânicas das fibras
Compósito Resistência máxima (MPa) Módulo de elasticidade (GPa) Deformação máxima (‰) Vidro EG 900 321,0 20,6 8,9 Vidro TRB 600 199,0 35,2 9,5 Carbono CF 130 841,5 74,2 8,8 Carbono Replark 19 651,4 53,4 8,8 Aramida AK 60 420,0 51,1 8,4
Fonte: Meneghetti (2007) – Modificada.
Foram empregadas vigas com seção transversal de 70 mm x 140 mm e comprimento total de 1300 mm. A resistência do concreto foi de fck = 30 MPa, as barras de aço foram CA-50
e utilizou-se três tipos diferentes de fibras para o reforço (carbono Replark 20, vidro TRB 600 e aramida AK 60). Nas Figuras 2.47 e 2.48 são mostradas as dimensões da viga, o detalhamento, a disposição do reforço e o esquema de carregamento.
Figura 2.47 – Detalhamento das armaduras das vigas do grupo IIA (Meneghetti, 2007)
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O grupo IIB foi constituído por 12 vigas, sendo 4 ensaiadas estaticamente e as restantes sob carregamento cíclico. As vigas utilizam três sistemas de reforço trabalhando individualmente, com fibras de carbono, vidro e aramida. Nas Figuras 2.49 e 2.50 são mostradas as dimensões da viga, o detalhamento, a disposição do reforço e o esquema de carregamento.
Figura 2.49 – Detalhamento das armaduras das vigas do grupo IIB (Meneghetti, 2007)
Figura 2.50 – Configuração do reforço nas vigas do Grupo IIB (Meneghetti, 2007) A Tabela 2.23 ilustra a denominação das vigas do grupo IIB com os detalhes da armadura das vigas ensaiadas por Menghetti (2007).
Tabela 2.23 - Denominação das vigas do grupo IIB
Denominação Descrição Teste
VT.E Viga testemunho Estático
VT.F 1 e VT.F 2 Vigas testemunho Fadiga
VRC.E Viga reforçada com uma camada de fibra de carbono Estático
VRC.F 1 e VRC.F 2 Viga reforçada com uma camada de fibra de carbono Fadiga
VRV.E Viga reforçada com quatro camadas de fibra de vidro Estático
VRV.F 1 e VRV.F 2 Vigas reforçadas com quatro camadas de fibra de vidro Fadiga
VRA.E viga reforçada com uma camada de fibra de aramida Estático
VRV.F 1 e VRV.F 2 Vigas reforçadas com quatro camadas de fibra de aramida Fadiga Fonte: Meneghetti (2007) – Modificada.
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Os resultados das cargas últimas, o modo de ruptura e a comparação com o dimensionamento pelo código ACI 440.2R (2002) das vigas ensaiadas do grupo IIA é mostrado na Tabela 2.24.
Tabela 2.24 - Cargas e modos de ruptura das vigas do grupo II.A ensaiadas estaticamente
Experimental Teórica
VTE 37,4 31,1 1,2 Escoamento do aço seguido do esmagamento do concreto
VAE 47,7 34,6 1,4 Esmagamento do concreto antes da ruptura do reforço
VCE 45,3 33,8 1,3 Esmagamento do concreto antes da ruptura do reforço
VVE 38,4 35,4 1,1 Ruptura do reforço no meio do vão
Viga Fexp/Fteórico Modo de ruptura
Carga de ruptura (kN)
Fonte: Meneghetti (2007) – Modificada.
O acréscimo verificado experimentalmente por Meneghetti (2007) na capacidade resistente de vigas reforçadas à flexão, em relação à viga de referência (VTE), foi de 27,6% e 21,0% nas vigas VAE e VCE, respectivamente. O desempenho da viga VVE era o mesmo das demais vigas (VAE e VCE).
Foi constatado que devido a problemas de execução houve influência do desempenho da viga VVE, em relação às outras vigas reforçadas. A hipótese é reforçada pelo fato de que, durante a confecção das vigas, constatou-se certa dificuldade de manter o alinhamento das fibras durante o corte do segmento de tecido de fibra de vidro TRB 600 utilizado no reforço, o que conduziu a uma largura de reforço ligeiramente inferior à especificada (70 mm).
O gráfico Força x Deslocamento no meio do vão das vigas reforçadas e da viga de referência do grupo IIA é ilustrada no gráfico da Figura 2.51.
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Figura 2.51 - Gráfico Força-Deslocamento para as vigas do grupo IIA ensaiadas estaticamente (Meneghetti, 2007)
Os resultados das cargas últimas, o modo de ruptura e a comparação com o dimensionamento pelo código ACI 440.2R (2002) das vigas ensaiadas do grupo IIB é mostrado na Tabela 2.25.
Tabela 2.25 - Cargas e modos de ruptura das vigas do grupo II.B ensaiadas estaticamente
Experimental Teórica
VTE 103,2 80,9 1,3 Escoamento do aço seguido do esmagamento do concreto. VRC.E 128,7 103,3 1,2 Descolamento e fendilhamento do compósito na região entre os laços de ancoragem. VRA.E 134,5 102,1 1,3 Descolamento e fendilhamento do compósito na região entre os laços de ancoragem. VRV.E 214,2 130,6 1,6 Descolamento dos laços de ancoragemadicional após esmagamento do concreto.
Viga Fexp/Fteórico Modo de ruptura
Carga de ruptura (kN)
Fonte: Meneghetti (2007) – Modificada.
O gráfico Força x Deslocamento no meio do vão das vigas reforçadas e da viga de referência do grupo IIB é ilustrada no gráfico da Figura 2.52.
Embora exista certa preferência pelo uso da fibra de carbono para formação do reforço, foram utilizadas fibras de vidro e aramida que se apresentaram como uma alternativa técnica e economicamente viável nas aplicações de reforço, as primeiras por possuírem baixo custo e a segunda foi estudada por ser uma fibra de desempenho e custo intermediários. A deformação máxima do reforço alcançada foi de aproximadamente de 8‰. A tensão última foi maior nos PRF de carbono CF 130, atingindo, 2,62 vezes a
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resistência do PRF de vidro EG 900 e o dobro da resistência do compósito com fibra de aramida AK 60.
Figura 2.52 - Gráfico Força-Deslocamento para as vigas do grupo IIB ensaiadas estaticamente (Meneghetti, 2007)
A presença de ancoragem adicional, segundo a autora, retardou o início do processo de descolamento, melhorando o desempenho do reforço, e inclusive, demonstra que o comprimento de 200 mm é suficiente para uma adequada transferência de esforços entre o concreto e reforço.
Nota-se ainda, que a resistência do substrato de concreto determinou a interface de ocorrência do descolamento. Quando a resistência à compressão do concreto foi superior a 50 MPa, a falha ocorreu na resina. Em substratos menos resistentes, o reforço descolou com uma fina camada de concreto, adjacente ao material de reforço. Em alguns casos podem ocorrer rupturas prematuras do reforço em regiões de fissuração do concreto. Os ensaios realizados indicam que as rupturas não ocorrem primariamente por desenvolvimento de tensões de cisalhamento no reforço, mas sim pela ocorrência localizada de deformações devido à tração no concreto.
Comentários
Esta pesquisa não ilustra o comportamento híbrido do reforço, porém serve de referência para análise do comportamento das fibras de carbono e vidro trabalhando isoladamente apresentando uma relação importante para o estudo da composição do reforço híbrido.
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Nota-se que os resultados experimentais nos corpos de prova dos PRF ficaram muito abaixo do especificado pelos fabricantes, o que leva a acreditar que não ocorreu um bom aproveitamento do material de reforço. Isso levou a valores de ruptura no ELU bem abaixo do esperado, evidenciando a necessidade de maiores estudos relacionados à aderência entre o substrato de concreto e o reforço seja ele PRFC ou PRFV.
2.7 COMPARATIVO ENTRE OS RESULTADOS EXPERIMENTAIS E ANALÍTICOS