Técnicas de reparação e reforço com produtos epoxi

Neste sub-capítulo, vão ser descritas as técnicas que recorrem a produtos epoxi na reparação ou reforço dos elementos e que são: injecção com resinas epoxi, reconstituição das secções com argamassas epoxi e armaduras de reforço, aumento da inércia dos elementos, inserção de perfis metálicos e consolidação de descontinuidades por colocação de uma armadura distribuída na madeira. Para que melhor se percebam as formulações epoxi utilizadas, estas vão ser divididas em resinas epoxi, argamassas epoxi e colas epoxi.

As resinas epoxi são compostos obtidos por associação de moléculas (monómeros), através de um processo de polimerização (reacção) entre uma resina e um endurecedor. A resina e o endurecedor são estáveis, apresentando-se num estado mais ou menos líquido, que

uma vez misturados, reagem exotermicamente e originam um material sólido (polímero termoendurecível) de estrutura tridimensional e sem retracção significativa. Refira-se desde já a importância da proporção da mistura, que deve ser respeitada de acordo com as instruções do fabricante, essencial para completar a estrutura tridimensional. O conjunto de características que mais contribui para a aplicação de resinas na construção é o seguinte [2]:

- grande poder de aderência a praticamente todos os materiais;

- muito reduzida retracção, durante o endurecimento, e estabilidade dimensional após o mesmo;

- muito boas resistências mecânicas; - impermeabilidade;

- elevada resistência aos produtos químicos e à água.

As argamassas epoxi são obtidas misturando as resinas anteriores a uma carga, com o objectivo de diminuir o custo do produto final. As resistências adquiridas são sempre iguais ou superiores às obtidas com o ligante cimento. As cargas são geralmente inertes, não entrando na reacção de polimerização, mas aumentam o módulo de elasticidade do material, à medida que aumenta a sua quantidade. No entanto, as argamassas epoxi conservam grande parte das propriedades das resinas epoxi, anteriormente referidas. As exigências essenciais que uma argamassa epoxi deve satisfazer são: ser suficientemente fluida para possibilitar a colocação nos moldes por simples vazamento; permitir a sua utilização em volumes consideráveis, sem que o calor de polimerização atinja valores que possam deteriorar a ligação deste material à madeira.

Nas colas epoxi, utilizam-se cargas tixotrópicas em conjunto com resinas epoxi. O objectivo é evitar o escorrimento da cola em superfícies verticais, nas situações em que a mesma é usada para impregnar previamente a superfície da madeira em contacto com a argamassa epoxi, de forma a aumentar a aderência entre os dois materiais.

6.2.1. Injecção com resinas epoxi

uso da boa aderência entre a resina e a madeira. O objectivo será o de restabelecer a continuidade mecânica e evitar a penetração de humidade e agentes biológicos. Para além das fendas dos elementos estruturais de pavimentos, coberturas e paredes, é possível utilizar esta técnica na reparação de estacas de madeira, sempre que estas não apresentem um estado de degradação demasiado avançado.

O processo de execução pode ser descrito no seguinte conjunto de passos: escoramen-to da estrutura, preparação das superfícies de contacescoramen-to, selagem de fendas, injecção de fendas, acabamento final e retirada do escoramento. O escoramento da estrutura tem o objectivo de libertar tensões da estrutura, diminuir ou eliminar curvaturas excessivas e, eventualmente, fechar algumas fendas existentes. Deve ser realizado, apenas quando necessário, uma vez que modifica a distribuição de esforços na estrutura, podendo originar esforços indesejáveis. É sem dúvida essencial, para que a aderência se torne eficaz, a preparação das superfícies de contacto, limpando-as de modo a retirar sujidade, poeiras e elementos soltos.

Para se poder injectar as fendas, torna-se necessário proceder à prévia selagem das mesmas, deixando orifícios (tubos) que permitam a injecção posterior. A selagem pode ser executada com mistura epoxi de alta viscosidade que suporte pressões de 276 a 551 kPa. Quanto aos tubos, são frequentes tubos de diâmetro entre 6.35 e 9.53 mm, devendo o material de que são feitos ser compatível com o do equipamento de injecção, aderente ao gel epoxi e vedante durante a injecção. O número mínimo de tubos é de três, dispondo-se geralmente, dois no cimo e um em baixo (Fig. 53). A conclusão da selagem faz-se com a aplicação de uma pintura de resina epoxi de baixa viscosidade, em toda a zona a reparar, de modo a obturar fissuras de muito pequena espessura (especialmente em madeiras muito porosas).

A injecção de fendas pode ser executada por duas vias, gravidade ou pressão, aconselhando-se esta última quando se deseje restaurar a integridade estrutural (Fig. 54). Através dos tubos colocados na fase anterior, é aplicada a cabeça de injecção, começando-se pelo tubo de cota inferior e até que a resina aflore no tubo adjacente, garantindo-se o total preenchimento da zona a reparar. Recomenda-se que a pressão de injecção não ultrapasse os 276 kPa. No último tubo a injectar, deve-se manter a pressão de injecção durante um curto período de tempo, para permitir a penetração de alguma resina para o interior das fibras da madeira. O tempo de cura, necessário ao restabelecimento da ligação, pode variar entre 2 a 5 dias. Depois da reparação, devem ser cortados os tubos de injecção e aplicada uma gel epoxi de modo a não ser visível a sua presença. Se existirem elementos metálicos de ligação, estes devem ser apertados novamente. Finalmente, retira-se o escoramento.

Fig. 54 [2] - Injecção

Com base em experiências realizadas, verifica-se que esta técnica é aplicável a fendas de largura máxima igual a 13 mm. Para larguras de fendas superiores a 19 mm, verifica-se que o calor de polimerização desenvolvido “queima” algumas zonas da madeira, diminuindo a tensão de aderência resina-madeira. Para larguras de fenda inferiores a 13 mm, a tensão de ligação é superior à da própria madeira. Os resultados finais obtidos por esta técnica são bastante satisfatórios. A aderência à madeira antiga é em geral superior à que se obteria com a madeira nova, uma vez estando a primeira mais seca e consequentemente mais porosa. Quanto aos nós de ligação, a resistência (quer à tracção quer à flexão) após reparação é cerca de 30 a 60% superior à do provete não danificado e, para além disso, a rigidez também aumenta (Fig. 55), produzindo uma redistribuição de esforços, não se considerando este aspecto crucial, dada a variabilidade de qualidade da madeira. Em ensaios realizados com asnas construídas

com madeira nova, verifica-se a restituição da resistência após reparação, até níveis próximos dos originais.

Fig. 55 [2] - Diagramas força / deformação de um nó sujeito a reparação

6.2.2. Reconstituição das secções com argamassas epoxi e armaduras de reforço

Esta técnica consiste na substituição da madeira apodrecida por um outro material que restabeleça as características mecânicas (Fig. 56). A utilização de argamassas epoxi, em conjunto com elementos de reforço metálicos ou de poliéster reforçado com fibra de vidro, permite atingir o objectivo descrito. É sobretudo aplicável a reparação localizada de madeira apodrecida; topos de vigas e nós entre peças.

Fig. 56 [2] - Exemplos de reconstituição de secções

A metodologia de execução, para o caso de um topo de uma viga, pode-se descrever da seguinte forma [2]:

- determinação, da extensão da zona degradada, de forma a definir a zona de madeira a ser retirada; esta extensão pode ser determinada através da realização de amostras com uma barrena de 10 mm de diâmetro; no caso dos topos das vigas, é possível distinguir três zonas distintas, conforme ilustrado na Fig. 57;

- escoramento da estrutura, com a finalidade de assegurar a sua estabilidade após a remoção das partes de madeira apodrecida ou seriamente degradada; a forma de realização deste escoramento requer, por vezes, análises de modelos estruturais bastante diferentes do original;

- remoção da madeira degradada e preparação das superfícies de contacto madeira-argamassa epoxi (Fig. 58, à esquerda);

- execução de furos (Fig. 58, à direita) com um diâmetro superior relativamente às arma-duras de reforço em cerca de 8 mm; os furos devem ser executados na horizontal e na direcção longitudinal da viga a reparar; no entanto, apenas em poucos casos é esta so-lução concretizável, sendo mais corrente realizar furos inclinados com ângulo não su-perior a 20º; quando se realiza vários furos, devem-se respeitar as seguintes condições:

• afastamento mínimo entre armaduras = 9 cm;

• distância mínima entre a armadura e a superfície da viga = 6 cm;

• comprimento mínimo de ancoragem do varão na argamassa epoxi = 15 cm; • comprimento mínimo de ancoragem do varão na madeira = 30 cm;

- limpeza e colocação de armaduras nos furos (Fig. 59, à esquerda); as armaduras podem ser de aço ou de poliéster reforçado com fibra de vidro;

- execução de cofragem (Fig. 59, à direita), de modo a possibilitar o preenchimento com argamassa epoxi da zona de madeira a substituir; as juntas entre a cofragem e a madeira devem ser bem fechadas, de modo a evitar fugas de material; estas juntas, assim como a superfície da cofragem em contacto com a resina, devem ser tratadas com um material repelente, como por exemplo uma cera de elevado ponto de fusão; - vazamento da argamassa de ligante epoxi no interior da cofragem (Fig. 60, à

esquerda); a constituição da argamassa é função do tipo de resina, tipo de molde a preencher e agregados utilizados (geralmente areias à base de sílica); o preenchimento dos furos (Fig. 60, à direita) é feito com resina do mesmo tipo da utilizada na argamassa e por gravidade ou pressão, quando o primeiro não se revelar viável;

- durante a fase de polimerização e cura da argamassa, ela deve ser protegida da chuva e da neve; se forem expectáveis temperaturas inferiores a 5 ºC, deve-se proteger a argamassa com materiais isolantes, uma vez que, abaixo desta temperatura, não se desenvolvem reacções de polimerização; a retirada da cofragem pode-se fazer ao fim de alguns dias, dependendo do tipo de resina aplicada e das temperaturas observadas; - trabalhos de acabamento necessários.

Fig. 57 [2] - Topo apodrecido de uma viga de madeira

Fig. 58 [2] - Remoção da madeira degradada (à esquerda) e execução de furos (à direita)

Fig. 59 - Colocação de armaduras [4] (à esquerda) e colocação de cofragem [2] (à direita)

Em termos de dimensionamento, as bases de cálculo são ainda pouco conhecidas. No entanto, a tendência é para assemelhar o comportamento do reforço ao do betão armado,

admitindo-se que a madeira e a resina epoxi funcionam apenas em compressão e as armaduras à tracção. Deste modo, admitindo comportamento elástico, deformação da secção plana e que as tensões se distribuem de forma triangular, chega-se às seguintes expressões:

2 b.n σ σ As v m min = ⋅ onde: neutra linha da de profundida n secção da largura b armaduras nas admissível tracção de tensão σ madeira da admissível compressão de tensão σ armadura de mínima área As v m min − − − − − . . Q L adm min= σ φ π onde: resina a e madeira a entre aderência de admissível tensão armaduras das diâmetro armaduras pelas absorvido total esforço Q armaduras das ancoragem de mínimo o compriment L adm min − − − − σ φ

Fig. 60 [2] - Vazamento da argamassa epoxi (à esquerda) e preenchimento dos furos (à direita)

- bom comportamento mecânico dos materiais empregues e excelente união à madeira; - permite conservar procedimentos e tipologias construtivas de épocas passadas,

conservando o seu valor histórico e artístico;

- evita a desmontagem e posterior reconstituição da estrutura, já que é uma técnica aplicada in situ;

- permite um ganho considerável de tempo na execução da obra.

6.2.3. Aumento da inércia dos elementos

O método baseia-se no reforço dos elementos de madeira por aumento da altura útil, com a adição de um reforço numa das faces horizontais, de preferência. Uma das utilizações possíveis desta técnica é em vigas de madeira de soalhos de construções antigas. Poderão ser utilizados essencialmente três tipos de materiais, aço (Fig. 61), madeira (Fig. 62) e argamassa epoxi (Fig. 63).

Fig. 62 [2] - Aumento da altura de uma viga de madeira

Fig. 63 (adaptado de [2]) - Viga reforçada com argamassa epoxi

O aumento da inércia com recurso a vigotas de madeira faz-se por solidarização da madeira antiga com a nova, por colagem com resina epoxi e pela aplicação de cavilhas de reforço em poliéster reforçado com fibra de vidro. Esta solução permite manter o aspecto exterior de madeira.

Inovadora é a solução de reforço com argamassa epoxi. A garantia da ligação à viga de madeira é dada por meio de armaduras colocadas no interior de furos e guarnecidas de resina epoxi e, para além disso, poderão ser realizados entalhes na face superior da madeira. Os furos referidos deverão ter um diâmetro superior ao da armadura em alguns milímetros, ser centrados com a face superior da viga e inclinados relativamente à vertical e em direcções opostas em cada uma das metades da viga. As armaduras podem ser de aço ou de poliéster reforçado com fibra de vidro. No caso de se optar por realizar entalhes na face superior da viga, estes devem ter afastamento menor junto aos apoios. A colocação da argamassa é feita entre placas laterais de uma cofragem e deve ter a fluidez suficiente para não ser necessário recorrer a meios auxiliares de compactação.

Esta técnica, distinta da anterior, tem como objectivo introduzir perfis metálicos na madeira que resistam por si só às acções actuantes, nas secções onde foram inseridos (Fig. 64, à esquerda), sendo necessário garantir a ancoragem do perfil na madeira num comprimento mínimo. Resumidamente, o processo de execução consiste nas seguintes fases: escoramento da viga a reparar; retirada da madeira deteriorada; execução de um rasgo na zona de madeira sã da viga que permita a inserção do perfil metálico de reforço; colagem do perfil à madeira usando uma resina epoxi.

Pode-se aplicar esta solução junto aos apoios de vigas assim como no vão das mesmas. Caso se pretenda restituir o aspecto exterior da madeira, é viável a colocação de blocos de madeira laterais a cobrir a chapa de reforço (Fig. 64, à direita), aspecto nem sempre aconselhável porque dificulta a identificação do reforço. Os elementos metálicos deverão ser protegidos contra a corrosão, pelo que devem ficar embebidos em resina ou argamassa epoxi.

Fig. 64 [19] - Inserção de chapas de reforço (à esquerda) e blocos de madeira a encobrir a zona do perfil metálico (à direita)

6.2.5. Consolidação de descontinuidades por colocação de uma armadura distribuída na madeira

A estabilidade estrutural nesta técnica é obtida pela colocação de elementos de reforço, profundamente ligados às secções sãs da madeira ou prolongando-se até à zona a reforçar. A armadura a introduzir pode ter a funções de reforço ao corte, tracção, ou compressão. Se a

viga for acessível por uma das faces horizontais, o reforço consistirá na abertura de furos, com diâmetro de cerca de 4 a 5 mm superior ao da armadura a colocar, segundo a altura da viga, inclinados a cerca de 30º relativamente ao seu eixo e distribuídos em quincôncio ao longo dela (Fig. 65), no interior dos quais serão colocados varões de armadura de fibra de vidro ou de poliéster, posteriormente solidarizados ao tecido lenhoso envolvente através de resina epoxi aplicada por injecção. Se, por outro lado, a viga apresentar livre uma das faces verticais, as armaduras irão ser colocadas do modo ilustrado na Fig. 66, distribuídas numa só camada ou em duas ou mais camadas paralelas, dispostas segundo a altura do elemento a consolidar.

Fig. 65 [19] - Consolidação de descontinuidades pelas faces horizontais

Fig. 66 [19] - Consolidação de descontinuidades pelas faces verticais