Reforço de pilares com polímeros reforçados com fibras (FRP)

As técnicas de reforço de pilares através da utilização de polímeros reforçados com fibras (FRP) são, na globalidade, mais eficazes e mais económicas que as técnicas convencionais.

Além disso, a substituição das técnicas tradicionais por estes materiais compósitos de fibras de carbono e de vidro, tem como vantagens o elevado valor dos factores resistência/peso e rigidez/peso, a elevada resistência à corrosão, leveza, durabilidade e facilidade de aplicação destes materiais (Ferreira et al., 2001).

Apesar de existirem vários tipos de fibras de reforço como já abordado no Capítulo 2, as soluções a seguir apresentadas vão-se centrar nos compósitos reforçados com fibras de carbono.

A investigação que tem sido levada a cabo sobre estas tipologias de reforço tem-se centrado, basicamente, na aplicação de mantas de polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) e laminados de fibras de carbono.

Dentro da aplicação de mantas de CFRP como reforço de pilares, estas podem envolver toda a superfície exterior do elemento (ver Figura 4.19 (a)) ou apenas certas partes deste (ver Figura 4.19 (b)), tirando partido, neste último caso, da existência das cintas metálicas que, por si só, já proporcionam algum

Chumbadouro Chapa de reforço Quadro metálico

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confinamento ao betão e resistência à encurvadura das armaduras longitudinais (Ferreira & Barros, Elementos de Pilar de Betão Armado Confinados com Sistemas de CFRP Submetidos a Carregamento Cíclico de Compressão, 2006), bem como obter uma significativa poupança de material.

Estas formas de reforço permitem aumentar substancialmente o confinamento dos pilares e, consequentemente, a capacidade resistente à compressão.

Figura 4.19 - Reforço de pilares com mantas de CFRP: (a) sistema contínuo, (b) sistema por faixas.

Os resultados obtidos em ensaios de provetes de betão armado confinados com estas duas técnicas e submetidos a ensaios cíclicos e monotónicos de compressão directa, permitiram concluir que estes sistemas de confinamento proporcionam aumentos significativos de capacidade de carga (Ferreira & Barros, 2006).

Comparando para a mesma percentagem de confinamento, o sistema de confinamento por faixas com o sistema de confinamento contínuo, verifica-se que o sistema de confinamento contínuo permite maior capacidade de carga. No entanto, tal só é significativa para extensões axiais do provete superiores a cerca de 10 ‰. Além disto, deve ser tido em conta o maior custo de aplicação do sistema contínuo, uma vez que requer o tratamento de toda a superfície do

Armadura longitudinal

Armadura transversal

Faixas CFRP

Reparação e reforço de pilares de betão armado 111

elemento, enquanto que os sistemas por faixas só exigem o tratamento das áreas onde são instaladas as faixas de CFRP (Ferreira & Barros, Elementos de Pilar de Betão Armado Confinados com Sistemas de CFRP Submetidos a Carregamento Cíclico de Compressão, 2006).

Em estudos levados a cabo para caracterizar a performance de faixas de manta de CFRP no confinamento de pilares de betão armado, observou-se que a capacidade de carga e a extensão axial aumentam com o número de camadas de CFRP (Ferreira & Barros, 2005).

Apresenta-se nas figuras seguintes, uma solução proposta por (Appleton J. , 2007), para a reparação e reforço de um pilar de um viaduto que apresentava o betão de recobrimento descascado devido à corrosão das armaduras (ver Figura 4.20).

Figura 4.20 - Aspecto do pilar antes da reparação (Appleton J. , 2007).

A solução executada passou pela reparação da camada de recobrimento destacada e posterior aplicação de mantas de fibra de carbono (ver Figura 4.21).

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(a) (b) Figura 4.21 - Solução proposta: (a) estado actual; (b) secção reparada (Appleton J. ,

2007).

Na Figura 4.22 pode observar-se o aspecto final do pilar reparado, após aplicada a pintura de protecção e acabamento.

Figura 4.22 - Aspecto final do pilar reparado (Appleton J. , 2007).

No que se refere à utilização de laminados de fibras de carbono no reforço de pilares, estes permitem materializar reforços à flexão de fácil execução. O sistema proposto por Ferreira et al. (2001) e que se apresenta na Figura 4.23, foi submetido a um conjunto de ensaios com vista a estabelecer o seu comportamento e performance no reforço de pilares com modos de rotura por flexão. O reforço é constituído por laminados de fibras de carbono com

Reparação e reforço de pilares de betão armado 113

9.5x1.5 mm2 de secção transversal, embutidos no betão de recobrimento recorrendo à utilização de ligantes epóxidos.

Figura 4.23 - Reforço de pilares com laminados de fibras de carbono.

O reforço dos provetes ensaiados passou pela remoção do betão de recobrimento do elemento de pilar, na zona da rótula plástica. Em seguida, foram efectuadas ranhuras de 5 mm de largura por 15 mm de profundidade em toda a altura do pilar, para alojar as tiras de laminado de fibras de carbono. Na sapata, no alinhamento das ranhuras, foram efectuadas perfurações com aproximadamente 100 mm de comprimento, de forma a fixar os laminados à sapata. Antes de serem aplicados os laminados, as ranhuras e os furos foram limpos, utilizando-se escovas de aço e ar comprimido. As ranhuras foram preenchidas com um composto constituído por duas partes de resina epóxida e uma de endurecedor, sendo as tiras de laminado inseridas de seguida. Por fim, a zona da rótula plástica e as perfurações na sapata foram preenchidas com uma argamassa epóxida constituída por uma parte (em peso) de um composto epóxido e três partes (em peso) de areia fina previamente lavada e seca. O composto epóxido era constituído por duas partes de resina epóxida e uma parte de endurecedor.

Os resultados obtidos permitiram concluir que é imprescindível selar devidamente quaisquer fendas que existam no pilar com um composto epóxido. Além disso, se as operações de reforço forem devidamente executadas e se

100-150 mm

Ranhuras de 5x15 mm2

Sapata

Perfuração de 100 - 150 mm de profundidade na sapata para fixação dos laminados de fibras de carbono

Betão de recobrimento substituído por argamassa epóxida

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houver um controlo de qualidade dos materiais de reforço, a capacidade de carga de pilares com rotura por flexão, pode aumentar significativamente, mesmo em pilares com danos elevados, por aplicação desta técnica. Desde que as zonas de dano sejam devidamente tratadas, este aumento é similar em pilares danificados e intactos. Nos elementos de pilar ensaiados, constatou-se que este aumento foi mais significativo nos pilares com menor percentagem de armadura longitudinal. Tal deve-se ao facto de a zona de rotura dos pilares reforçados, com a menor percentagem de armadura longitudinal, ter sido substituída por uma argamassa epóxida de elevada resistência à compressão e à tracção. Com o aumento da percentagem de armadura longitudinal, a fendilhação distribuiu-se num comprimento maior, pelo que passaram a existir fendas fora da zona reforçada. Dado não se ter procedido à selagem das fendas aquando da aplicação dos laminados, ocorreram concentrações de tensões nos laminados que atravessavam essas fendas, levando à sua rotura precoce. Estes factos devem estar na base do aumento médio de 92% da capacidade de carga última registado nos pilares reforçados com a menor percentagem de armadura longitudinal, e de somente 34% nos pilares reforçados com a percentagem intermédia. Assim, em pilares fendilhados, a presente técnica parece só ser eficaz se as fendas forem devidamente seladas.

No que respeita à viabilidade económica, esta técnica de reforço exige o desenvolvimento de equipamento que permita a execução das ranhuras com a profundidade desejada e com o alinhamento pré-estabelecido, e que assegure o preenchimento homogéneo das ranhuras para a selagem dos laminados. Estes equipamentos necessitam de ser de simples manuseio, para que o tempo de execução dos procedimentos de reforço não questione a viabilidade da sua aplicação (Ferreira et al., 2001).

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