TÉCNICAS DE REFORÇO

Neste ponto, faz-se uma descrição das técnicas de reforço à flexão com sistemas compósitos de FRP através da técnica de colagem exterior e através da técnica de inserção na camada de recobrimento designadas na literatura internacional por EBR e NSM, respectivamente.

É importante estabelecer, desde já, a diferença entre dois conceitos: o produto e o sistema. Define- se produto como sendo um elemento produzido para a reparação e sistema como sendo a mistura de um ou mais produtos ou a utilização consecutiva de dois ou mais produtos. No caso dos compósitos de FRP, os produtos são, por exemplo, o laminado e o adesivo (ou a manta e a resina de impregnação) enquanto que o sistema é o compósito obtido pela ligação do laminado com o adesivo (ou da ligação da manta com a resina) (EN 1998).

Desde a antiguidade, o Homem aprendeu a juntar diferentes materiais entre si, recorrendo a outros a fim de concretizar a ligação (propriedade adesiva) como por exemplo a argila, o barro, as resinas vegetais, a clara do ovo e muitos outros. Nas suas civilizações, os Egípcios, os Gregos e os Romanos sem o conhecimento do “princípio da aderência”, utilizavam, na construção de madeira e de pedra, misturas adesivas como o sangue de animais e as resinas vegetais (Raknes, 1971). Com o passar do tempo, o princípio de colagem exterior foi evoluindo, ajustando-se, na construção civil, ao campo específico do reforço de estruturas de betão através da técnica de colagem de armaduras. O método é simples e baseia-se na adição de chapas ou placas de um dado material à superfície de elementos de betão, por aplicação ou injecção de um adesivo resultando numa estrutura com armadura de tracção adicional. O adesivo promove a ligação ao corte entre o betão e a armadura exterior, ao longo da interface de colagem, e transforma o conjunto numa estrutura composta. Como já foi dito atrás, esta técnica iniciou-se com a aplicação de armaduras metálicas, sobretudo com chapas de aço Fe360 de espessuras compreendidas entre 3 mm a 10 mm e larguras de 60 mm a 300 mm (D0144, 1997). Apesar do aço ser o material de reforço mais divulgado nas aplicações correntes de reabilitação e reforço, apresenta algumas desvantagens significativas que se podem resumir em três pontos (Täljsten, 1994; Meier, 1997):

a) A dificuldade de montagem in situ do sistema, demasiado pesado, de colagem das chapas metálicas e agravado com a acessibilidade limitada nalguns casos (ex: pontes);

b) O risco de corrosão na superfície da junta de ligação do aço ao adesivo;

c) A necessidade de criação de juntas de ligação entre chapas, devido às limitações das dimensões para o seu transporte.

Recentemente, a técnica de colagem exterior recorre à aplicação de armaduras não metálicas, através de sistemas compósitos de FRP com as formas de laminados, mantas e tecidos. O reforço de estruturas pela técnica de colagem, em particular com armaduras não metálicas, foi testado, desde 1984, em centros de investigação como o Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research (EMPA) na Suiça, o Federal Institute for Materials Testing (MPA) e o Institute for Building Materials, Concrete Construction and Fire Protection (iBMB-Technische Universität Braunschweig) na Alemanha. Posteriormente, as suas potencialidades foram confirmadas em centros como o Massachusetts Institute of Technology (MIT) nos EUA e ainda noutros, no Canadá e no Japão. As armaduras de material compósito surgiram, na Europa, com a forma de laminados pré-fabricados de FRP e, no Japão e EUA, sob a forma de mantas e tecidos que só adquirem a consistência de um FRP após polimerização na colagem in situ ao elemento de betão. Na Tabela 2.1 estão ilustradas aplicações comuns de reforço com sistemas FRP.

A experiência na utilização da técnica de colagem de reforços quer metálicos quer de FRP a elementos de betão evidencia aspectos que merecem a atenção do projectista, destacando-se os seguintes:

a) As técnicas são adequadas quando há deficiência nas armaduras existentes e só se as dimensões e a qualidade do betão dos elementos forem as desejáveis;

b) Requer-se uma cuidadosa preparação das superfícies do betão e das chapas para garantir condições de boa ligação entre as chapas de reforço e o betão existente;

c) Os problemas da transmissão de forças ao longo da interface de colagem podem ser atenuados, desde que se opte por um adesivo de epóxido com boa resistência ao corte (15 a 25 MPa) e se controle o nível das tensões de corte na interface, para não exceder a capacidade do betão que, geralmente, é o material condicionante do sistema (Täljsten, 1994);

d) Aconselha-se aliviar a estrutura de todas as cargas variáveis e permanentes amovíveis durante a execução do reforço, de modo a garantir-se que as chapas adicionadas sejam mobilizadas para as cargas de serviço;

e) As armaduras coladas devem ser protegidas contra a corrosão (quando metálicas) e a acção de um incêndio, para que, neste último caso, resistam ao fogo durante 30 minutos, no mínimo; f) O betão deve estar em boas condições, com adesão superficial superior a 1.5 MPa, excluindo-se

g) Um reforço à flexão deve ter capacidade para mobilizar uma camada de compressão efectiva e a resistência ao corte, através da armadura existente ou por adição de outra exteriormente;

h) Seleccionar um sistema de reforço comprovadamente testado;

i) Intervenção de técnicos com experiência a nível da execução e do acompanhamento no tempo. Recentemente, com o objectivo de aumentar a mobilização da capacidade resistente do FRP e impedir a rápida degradação dos reforços colados exteriormente, por se encontrarem expostos a impactos e à acção do ambiente, surgiu uma nova técnica de reforço que consiste na inserção de tiras de laminados de CFRP em rasgos executados no betão de recobrimento das armaduras de elementos estruturais (Blaschko et al., 1999; Barros et al., 2000; Täljsten et al., 2001; Kotynia, 2005). Esta técnica, designada por near surface mounted (NSM), embora ainda muito recente e a necessitar de investigação mais aprofundada, apresenta já resultados bastante positivos face à técnica tradicional de colagem destacando-se as seguintes vantagens (Fortes et al., 2002):

a) Maior resistência ao fenómeno de peeling, dada a existência de dupla área de colagem do laminado e de este se encontrar confinado;

b) Maior protecção face ao fogo e aos actos de vandalismo; c) Redução da quantidade de CFRP empregue;

d) Redução da superfície de betão a tratar e do tempo de execução do sistema de reforço;

e) Garantia da qualidade da superfície de betão onde o laminado será aplicado, devido ao facto do corte ser executado com equipamento mecânico.

Figura 2.1 – Técnicas de colagem NSM de sistemas FRP (Juvandes et al., 2007)

Laminados de FRP Adesivo Rasgo Barras quadradas de FRP Adesivo Rasgo Varões de FRP Adesivo Rasgo Adesivo Rasgo

Tabela 2.1 – Reforços com colagem de laminados, mantas e tecidos de FRP ao betão (Juvandes, 1999)

Sistema FRP