A aplicação de compósitos de fibra de carbono no reforço de estruturas de concreto armado representa o que há de mais moderno, disponível atualmente, neste importante segmento da engenharia estrutural. No entanto, a aplicação deste novo material, em substituição àqueles tradicionalmente utilizados, impõe a necessidade de conhecer suas propriedades e seu comportamento sob as mais variadas condições.
Mesmo com o crescimento acelerado deste mercado nos últimos anos, não se dispõe, ainda, de experiência suficiente sobre a aplicação destes materiais, que permita fundamentar a
definição de metodologias e regras para o dimensionamento e execução de projetos de reforço desta natureza.
Internacionalmente, o conhecimento adquirido a partir do desenvolvimento de inúmeros programas experimentais encontra-se em um estágio avançado. Isto pode ser evidenciado a partir da organização sistemática de um conjunto de informações sobre a aplicação dos compósitos no reforço de estruturas de concreto.
Dentre as várias publicações, destacam-se àquelas que se constituem como documentos normativos:
(i) ACI 440R — State-of-the-art Report on Fiber Reinforced Plastic Reinforcement for Concrete Structures — American Concrete Institute;
(ii) ACI 440.2R — Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures — American Concrete Institute;
(iii) JCI TC952 — Continuous Fiber Reinforced Concrete — Japanese Concrete Institute;
(iv) JSCE 23 — Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforcing Material — Japanese Society of Civil Engineers;
(v) BULLETIN 14 — Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures — Fédération Internationale du Béton (CEB-FIP).
No entanto, em nível nacional, a realidade da aplicação dos compósitos no reforço de estruturas de concreto armado é bastante diferente. Um número reduzido de trabalhos vem sendo desenvolvido e todo o material, empregado no reforço estrutural, é importado. As diretrizes para o dimensionamento, controle de qualidade e execução apresentam-se, em quase toda a sua totalidade, baseados em fichas técnicas dos produtos ou, ainda, sob a tutela de profissionais, associados às empresas que comercializam os sistemas de reforço com compósitos.
A necessidade de expandir o conhecimento e a confiança na utilização dos compósitos de fibra de carbono, em nível nacional, torna imperativo o desenvolvimento de um amplo programa de pesquisa, experimental e teórico, sobre o comportamento e o desempenho dos compósitos de fibra de carbono empregados no reforço de estruturas de
concreto armado; e que estas informações sejam amplamente disponibilizadas a todos os profissionais do ramo.
Constitui-se, assim, como principal objetivo da presente tese, disponibilizar e avaliar os resultados experimentais do comportamento de vigas de concreto armado reforçadas à flexão e ao cisalhamento, empregando sistemas de reforço com compósitos de fibra de carbono. Para cumprir este objetivo a presente tese foi estruturada em três partes: revisão bibliográfica; (ii) programa experimental e (iii) discussão dos resultados.
No início do desenvolvimento deste trabalho, identificou-se a necessidade de realizar uma pesquisa bibliográfica internacional, detalhada e atualizada, com o objetivo de reunir e organizar informações das principais contribuições, experimentais e teóricas, acerca do assunto.
No capítulo 2, apresenta-se, detalhadamente, as principais características dos materiais compósitos, suas propriedades físicas, mecânicas e os principais sistemas de reforço disponíveis atualmente.
Na seqüência, no capítulo 3, um histórico das principais contribuições é organizado, para fundamentar o entendimento das principais implicações da adoção desta técnica de reforço. A partir deste conjunto de informações, apresentado e discutido nos capítulos 2 e 3, definiu-se o programa experimental.
O programa experimental é descrito no capítulo 4 e tem por objetivo fundamentar as discussões em torno dos dois sistemas de reforço disponíveis, atualmente, no mercado nacional.
A estratégia experimental consiste na construção de vigas de concreto armado, com seção retangular, sem carregamento prévio, reforçadas externamente, à flexão e ao cisalhamento, com compósitos de fibra de carbono. Os objetivos específicos deste programa consistem na observação de cargas e modos de ruptura a partir de diferentes configurações de reforço, acompanhamento de deslocamentos verticais e das deformações específicas das armaduras, concreto e reforço através de um sistema de aquisição de dados completamente automatizado. Adicionalmente, não foram incorporados, às vigas reforçadas, mecanismos adicionais de ancoragem.
Os resultados experimentais, devidamente organizados, em conjunto com as informações reunidas a partir da revisão bibliográfica, têm por objetivo fundamentar a discussão e avaliação do comportamento de vigas de concreto armado reforçadas externamente com compósitos de fibra de carbono.
Nesta etapa, pretende-se, ainda, avaliar modelos analíticos que permitam simular o comportamento destas estruturas, com vistas ao desenvolvimento de ferramentas para o dimensionamento de reforços com compósitos de fibra de carbono. Esta discussão constitui o capítulo 5 da presente tese.
Finalmente, à luz das discussões e avaliações realizadas, pretende-se, no capítulo 6, apresentar as principais conclusões alcançadas através do desenvolvimento da presente tese.
Na figura 1-2, são apresentados os principais objetivos de cada etapa.
FIGURA 1-2 Esquema organizacional da tese
Comportamento Estrutural de Vigas
de Concreto Armado Reforçadas com Compósitos de Fibra de Carbono
Programa Experimental
Revisão Bibliográfica
Discussão dos Resultados
!"Definição, propriedades mecânicas e físicas dos
materiais compósitos;
!"Histórico das principais investigações;
!"Comportamento geral/Modos de ruptura;
!"Natureza da ligação compósito/concreto;
!"Reforço à flexão e ao cisalhamento.
!"Reforço à flexão de vigas de seção retangular com
laminados e mantas flexíveis;
!"Reforço ao cisalhamento de vigas de seção retangular
com laminados e mantas flexíveis, avaliando diversas configurações.
!"Discussão do comportamento e proposição de
ferramentas analíticas para a verificação do comportamento experimental de vigas reforçadas ao cisalhamento e à flexão.
C APÍTULO 2
—— M ATERIAIS COMPÓSITOS ——
O termo compósito é derivado do latim compositus, que por sua vez tem como raiz a palavra componere: com junto + ponere colocar; ou seja, aglutinar, juntar. No entanto, à luz das aplicações da engenharia estrutural, os compósitos devem ser definidos de maneira mais específica. O objetivo deste capítulo é, portanto, apresentar e discutir diversos aspectos relacionados a estes materiais definição, propriedades mecânicas e geométricas, técnicas de fabricação e aplicação, desempenho estrutural, etc.