Trabalhos realizados sobre técnica de encamisamento

2.3.1 - Ensaios realizados por ALEXANDRE et al. (1988)

A fim de comparar o desempenho de vigas de concreto armado de seção retangular reforçadas à flexão por meio de encamisamento utilizando concreto projetado e argamassa de cimento e areia com ponte de aderência de resina epóxi, foram ensaiadas 12 vigas, divididas em 4 séries com 3 vigas cada uma, da seguinte forma:

Série 1 – vigas originais de referência;

Série 2 – vigas reforçadas com o uso de concreto projetado; Série 3 – vigas reforçadas com o uso de argamassa; e Série 4 – vigas monolíticas de referência.

A figura 2.11 mostra as seções transversais das vigas das quatro séries e o esquema do ensaio. O concreto das vigas originais e monolíticas possuía uma resistência média em torno de 25 MPa quando da realização dos ensaios (idade de 77 a 100 dias). A argamassa de cimento e areia utilizada no reforço possuía resistência média de 31 MPa e o concreto projetado tinha resistência de cerca de 20 MPa aos 28 dias. Na data dos ensaios a argamassa e o concreto projetado tinham idades que variavam de 67 a 97 dias.

Figura 2.11 – Seção transversal das vigas e esquema do ensaio de ALEXANDRE et al. (1988).

Continua. 3cm

Figura 2.11 – Seção transversal das vigas e esquema do ensaio de ALEXANDRE et al. (1988).

Continuação.

Antes da execução do reforço, uma das três vigas originais das séries 2 e 3 foi submetida a ensaio preliminar, atingindo uma carga correspondente à de serviço (26 kN). As outras duas vigas originais de cada uma dessas séries estavam íntegras quando foram reforçadas. O concreto das vigas originais que entraria em contato com o concreto projetado ou argamassa de reforço foi apicoado (superfície inferior e 15 cm nas laterais, a partir da face inferior da viga).

Em todas as vigas reforçadas, foram feitos furos de 3 cm de profundidade, nas faces laterais, para a colocação dos estribos do reforço (17φ5,0mm c.100mm) que serviriam como suporte para a armadura de reforço à flexão (ver figura 2.11). A remoção dos resíduos nesses furos foi feita com aplicação de jato de ar.

A superfície a ser reforçada por concreto projetado, antes da fixação dos referidos estribos com resina epóxi, foi preparada com aplicação de jato de areia de alta intensidade. Após a fixação dos estribos e colocação da armadura de reforço à flexão (2φ10mm com comprimento de 1650 mm), o concreto projetado foi lançado, depois do jateamento com água das superfícies de contato.

Já nas vigas reforçadas com argamassa, com a mesma armadura de reforço que as outras, as superfícies laterais e inferior apicoadas foram limpas com escova de aço e, posteriormente, umedecidas com estopa, visando melhorar a aderência da resina epóxi aplicada antes da fixação e colocação das armaduras de reforço.

A tabela 2.3 mostra, para cada série, a média dos resultados obtidos para a carga de ruptura teórica (obtida considerando os valores de resistência dos materiais experimentais) e carga de ruptura experimental, assim como a relação entre elas.

Tabela 2.3 – Cargas de ruptura das vigas ensaiadas por ALEXANDRE et al. (1988).

Série Pu Pu,exp Pu,exp/Pu

1 44,5 51,5 1,16 2 112,7 113,5 1,01 3 112,5 91,3 0,81 4 94,3 106,3 1,13 Pu = carga de ruptura teórica

Pu,exp = carga de ruptura experimental

As vigas reforçadas com colagem epóxica e argamassa (série 3) romperam por escoamento da armadura de flexão, com uma carga cerca de 20% inferior à carga teórica, devido à perda de aderência entre argamassa e o concreto antigo. Já as vigas originais (série 1) e as monolíticas de referência (série 4) romperam com uma carga, em média, 15% superior à carga teórica.

As vigas em que foi usado reforço de concreto projetado (série 2) apresentaram na ruptura, por flexão, com esmagamento do concreto, cargas maiores que a teórica, exceto uma das vigas, onde a falta de apicoamento da superfície do concreto antigo prejudicou a aderência do concreto projetado (notaram-se fissuras na interface). Após a perda desta aderência, a armadura de reforço deixou de trabalhar, havendo então a ruptura por escoamento da armadura de flexão da viga original a uma carga 10% inferior à teórica prevista para a viga reforçada.

Quanto às flechas, as vigas reforçadas com concreto projetado e colagem epóxica com argamassa tiveram resultados semelhantes aos das vigas monolíticas até a carga de 40 kN. A partir daí, passaram a mostrar comportamento diferenciado, possivelmente em função das diferentes características dos métodos empregados.

Com base nos resultados obtidos, os autores concluíram que o método de reforço em concreto projetado foi o que apresentou resultados mais satisfatórios tecnicamente,

isto é, a carga de ruptura é elevada e atende à carga de ruptura teórica. O reforço com colagem epóxi e argamassa mostrou-se eficiente, pois apesar de não ter atendido a carga de ruptura teórica, atendeu perfeitamente a carga de projeto. Vale ressaltar que no cálculo da carga de ruptura teórica foram considerados os valores de fc e fy obtidos

experimentalmente, enquanto que no cálculo da carga de projeto foram utilizados valores nominais de resistência dos materiais além dos coeficientes de segurança (γc=1,4 e γs=1,15).

2.3.2 - Ensaios realizados por SOUZA (1990)

SOUZA (1990) realizou ensaios de 6 vigas de concreto armado biapoiadas, em escala reduzida, sendo 4 reforçadas por encamisamento, utilizando como material de reforço concreto projetado e argamassa industrializada (com polímero, fibras e adições). Os agregados graúdos do concreto das vigas originais tinham dimensão máxima de 9,5 mm.

Duas vigas foram tomadas como de referência, uma igual às reforçadas antes de realização do reforço e outra com as características das com reforço mas monolítica. Dados das vigas ensaiadas estão na tabela 2.4 e nas figuras 2.12 a 2.15.

Tabela 2.4 - Características das vigas ensaiadas por SOUZA (1990).

Substrato Reforço

Viga Tipo de ensaio Tipo de

reforço fcm MPa ftm MPa Ecm GPa fcm MPa ftm MPa Ecm GPa FC1 FC2 ensaiadas antes do reforço argamassa 40 3,8 35 - - - FP1 FP2 ensaiadas antes do reforço concreto projetado 40 3,8 35 - - - FC1R FC2R ensaiadas após o reforço argamassa 42 4,1 37 60 6,7 27 FP1R FP2R ensaiadas após o reforço concreto projetado 42 4,1 37 39 3,7 27 DF referência antes do reforço - 42 4,1 37 - - - RF referência após o reforço - 42 4,1 37 - - -

As vigas que receberiam reforço foram inicialmente ensaiadas até atingir uma carga correspondente à carga de serviço. Depois, foi feito o reforço com adição de armaduras envolvidas por concreto projetado ou argamassa especial à base de resinas acrílicas, com as vigas descarregadas. Feito isso, as vigas foram reensaiadas até atingirem a ruptura.

O reforço consistiu na adição de uma armadura longitudinal constituída por duas barras de 8 mm de diâmetro, representando um acréscimo de 100% na área de armadura. Não foi necessário reforçar a armadura transversal, mas apenas introduzir alguns estribos construtivos, com a finalidade única de fixar as novas armaduras longitudinais.

Para realizar os serviços de reforço, retirou-se o concreto superficial numa espessura de 0,5 cm a 1,0 cm ao longo das faces inferiores, sendo executados pequenos furos para fixar os estribos construtivos com resina epóxi. Após essa etapa, limpou-se toda a superfície com escova de aço e, antes de aplicar o material de reforço, umedeceu- se toda a superfície.

Figura 2.12 - Fôrmas das vigas de SOUZA(1990) antes do reforço FC1, FC2, FP1, FP2 e DF) e

Figura 2.13 - Armadura das vigas de SOUZA(1990) antes do reforço (FC1, FC2, FP1, FP2 e

DF).

Figura 2.15 - Armadura de reforço das vigas FC1R, FC2R, FP1R e FP2R.de SOUZA (1990).

Os resultados dos ensaios de SOUZA (1990) devem ser analisados tendo em mente as dimensões pequenas das vigas e, portanto, o efeito escala. Outro fator que pode interferir nos resultados é a dimensão máxima dos agregados do concreto das vigas originais (9,5 mm).

A ruptura das vigas reforçadas se deu por flexão, com grandes flechas e esmagamento do banzo comprimido. Independentemente do material de reforço, as vigas reforçadas apresentaram um comportamento monolítico, com deformações na armadura longitudinal do reforço praticamente coincidentes com os valores teóricos previstos.

Após descarregar as peças, depois de produzir um determinado nível de dano antes de reforçá-las, constatou-se a existência de deformações residuais nas armaduras longitudinais que correspondiam a 30% da deformação de escoamento das barras na seção de meio do vão. Observando ainda o desenvolvimento das deformações das armaduras longitudinais originais e do reforço, foi possível verificar que ambas funcionaram como a primeira e a segunda camada de uma viga de concreto armado, já que as tensões existentes nas armaduras foram proporcionais aos respectivos braços de alavanca.

Comparando os valores teóricos com os experimentais (tabela 2.5) notou-se, para a viga monolítica, que o momento de fissuração experimental foi ligeiramente

maior que o teórico. Entretanto, para as vigas reforçadas, ao contrário do que se esperava, o momento de fissuração teórico, calculado de forma aproximada levando-se em consideração os danos causados durante a pré-fissuração, foi bem superior ao experimental. Além disso, esperava-se obter uma resistência à fissuração mais elevada nas vigas encamisadas com argamassa, por possuírem maior resistência à tração. Todavia, essas foram as primeiras a fissurar.

Diante desse comportamento, percebe-se que, para vigas reforçadas, o valor da resistência à tração do material de reparo deixa de ser o parâmetro mais relevante, passando a qualidade da aderência da ligação a comandar o processo de fissuração. Nos ensaios, apenas as vigas encamisadas com argamassa apresentaram fissuração na junta, confirmando a melhor aderência apresentada pelo concreto projetado. Foi por isso que o concreto projetado, apesar de possuir uma menor resistência à tração em relação à argamassa, forneceu maior resistência à fissuração. Sendo assim, ao escolher o material de reforço, deve-se buscar aquele que promova uma boa aderência, garantindo o monolitismo da peça.

Tabela 2.5 - Momentos de fissuração e de ruína das vigas ensaiadas por SOUZA (1990).

Viga Mfiss,exp Mfiss Mu,exp Mu

FC1 3,2 3,2 - - FC2 3,3 3,2 - - FP1 3 3,2 - - FP2 3,3 3,2 - - FC1R 3,6 9,4 24,2 27 FC2R 3,7 9,4 25,9 27 FP1R 4,6 5,4 24,5 27 FP2R 4,6 5,4 25,8 27 RF 6,9 6,7 25 27

Mfiss,exp= Momento de fissuração experimental em kNm Mfiss= Momento de fissuração teórico em kNm

Mu,exp = Momento de ruptura experimental em kNm Mu= Momento de ruptura teórico em kNm

Apesar das diferenças verificadas no início da fissuração, os reforços realizados com argamassa não reduziram a capacidade resistente das vigas, ou seja, a qualidade da aderência afetou mais o início da fissuração e o comportamento em serviço do que a resistência das peças.

Comparando as vigas reforçadas entre si, as encamisadas com argamassa apresentaram fissuras de flexão mais abertas e mais afastadas do que aquelas reforçadas com concreto projetado. Isso confirma que o concreto projetado ofereceu melhor aderência na ligação entre os materiais envolvidos, apesar do comportamento no estado limite último ter sido o mesmo para as vigas com os dois tipos de reforço.

A qualidade da aderência entre o concreto da viga original e o material de reforço mostrou ser o fator de maior importância na garantia da eficiência do reforço.

2.3.3 - Ensaios realizados por LIEW e CHEONG (1991)

Com o objetivo de analisar a performance de vigas T de concreto armado reforçadas à flexão e ao cisalhamento por encamisamento, Liew e Cheong ensaiaram 6 vigas divididas em 2 séries. A técnica consistiu na concretagem do reforço por injeção, sob pressão, de calda de cimento nos vazios existentes entre os agregados graúdos que foram pré-colocados manualmente, dentro de uma gaiola de arame que envolvia a viga original e as armaduras de reforço.

Foram usados dois tipos de estribos de reforço: ancorados na alma e ancorados na mesa das vigas. A verificação da eficácia do método de reforço e dos métodos de ancoragem dos estribos do reforço foi feita por meio da comparação do comportamento das vigas reforçadas com o de vigas monolíticas que tinham mesma seção transversal.

As séries 1 e 2 eram compostas de três vigas: A, B e C. As vigas A e B eram reforçadas enquanto que a viga C era monolítica de referência. Dentro de uma mesma série, todas as vigas tinham as mesmas armaduras de flexão e cisalhamento. As seções transversais das vigas das duas séries estão mostradas na figura 2.16.

Na data dos ensaios o concreto do reforço tinha a idade mínima de 14 dias. A tabela 2.6 apresenta as propriedades dos concretos utilizados para a confecção das vigas originais e dos reforços.

Antes da concretagem do reforço, que ocorria 7 dias após a moldagem da viga original, a superfície do concreto onde haveria reforço foi apicoada até a exposição do agregado graúdo.Todas as vigas encamisadas apresentaram fissuras de retração antes dos ensaios. Segundo os autores, isso provavelmente pode estar associado ao teor de cimento da calda usada no concreto do reforço (relação água-cimento=0,42). Não foi observada propagação significativa dessas fissuras durante os ensaios.

Tabela 2.6 – Propriedades dos concretos utilizados por LIEW e CHEONG (1991).

A partir dos resultados obtidos, os autores concluíram que:

• A resistência à flexão atingida pelas vigas reforçadas foi menor do que as das vigas monolíticas, conforme esperado, com seção transversal semelhante. Para as vigas testadas, a faixa de redução foi de 3 a 12%;

• Sob carga de serviço, as vigas reforçadas apresentaram menores flechas e fissuras menos espaçadas e de menor abertura em comparação com as vigas monolíticas de referência;

• Em estágios avançados de carregamento, todas as vigas reforçadas fletiram de forma dúctil e comportaram-se adequadamente quanto ao cisalhamento, confirmando a eficiência dos métodos de ancoragem dos estribos; e

• O concreto do reforço apresentou uma substancial quantidade de fissuras de retração, as quais podem dar origem a problemas de durabilidade e estética.

2.3.4 - Ensaios realizados por CHEONG e MACALEVEY (2000)

Foram realizados ensaios com carregamento monotonicamente crescente e cíclico em 17 vigas–T, simplesmente apoiadas e contínuas, sendo 13 reforçadas à flexão e ao cortante, com concreto produzido com agregado pré-colocado e 4 monolíticas de referência. Objetivou-se verificar a influência do tipo de apicoamento, da quantidade e da forma de ancoragem dos estribos (fixados no topo da mesa por meio de porca e

Resistência do concreto*(MPa) Viga

concreto simples concreto com agregado pré-colocado A1 25,92 25,52 B1 29,92 29,6 C1 29,68 - A2 27,6 28,88 B2 26,24 30,16 C2 23,68 -

* os valores de resistência cúbica do concreto apresentada no trabalho foram convertidas para resistência cilíndrica segundo a relação:

arruela ou fixados na região da mesa com colagem de resina epóxi) no desempenho de vigas T reforçadas por encamisamento. A figura 2.17 e a tabela 2.7 apresentam o detalhamento e características das vigas ensaiadas.

A preparação do reforço começou após 28 dias da confecção das vigas originais. As superfícies que entrariam em contato com o material do reforço foram totalmente apicoadas (remoção completa do cobrimento ao longo da interface, com agregados expostos até no máximo 6 mm) ou parcialmente apicoadas (com cerca de 70% da superfície de concreto da interface permanecendo intacta e retirada de em torno de 6 mm do cobrimento) e limpas com água. Nas duas situações, o apicoamento da superfície foi feito com a utilização de ferramentas de impacto. As vigas originais possuíam concreto com resistência média de 34 MPa enquanto que o concreto do reforço tinha resistência média de 47 MPa.

Deve-se ressaltar que os esquemas de ensaios utilizados apresentam um aspecto atípico, pois a extensão de reforço em concreto armado ultrapassa a região dos apoios (ver figura 2.18).

Figura 2.18 – Esquema de ensaio das vigas simplesmente apoiadas e contínuas de

CHEONG e MACALEVEY (2000).

As vigas simplesmente apoiadas foram ensaiadas sob carregamento monotonicamente crescente até a ruptura ou sob ciclos com carga variando entre 0,2 Pult

e 0,6 Pult, sendo Pult a carga última de cálculo da viga monolítica de referência, antes de

serem levadas à ruptura. As vigas contínuas não foram submetidas ao carregamento cíclico. (a) (b) Reforço ultrapassando região do apoio. Reforço ultrapassando região de apoio.

Figura 2.17 – Detalhamento das vigas simplesmente apoiadas (a) e contínuas (b) de CHEONG

E MACALEVEY (2000) (Continua).

* vigas com estribos de reforço fixados, no topo da viga, por meio de porca e arruela. ** viga com estribos de reforço fixados, na região da mesa, com colagem de resina epóxi. *** viga sem estribos de reforço.

Figura 2.17 – Detalhamento das vigas simplesmente apoiadas (a) e contínuas (b) de CHEONG

E MACALEVEY (2000) (Continuação).

Tabela 2.7 – Características das amaduras das vigas de CHEONG E MACALEVEY (2000).

Viga A1(a) A2(b) A3(c) (mm) A4(c) (mm) A5(c) A6(d) (mm) A7(c) A8(b) 2-1 à 2-6; 2-10 2φ16 2φ25 φ 6 c.115 φ 6 c.150 2φ 6 φ 8 c.250 - − 2-9 2φ16 2φ25 φ 6 c.115 φ 6 c.75 2φ 6 φ 8 c.250 - − 2-8 2φ16 2φ25 φ 6 c.115 4 φ 6 2φ 6 φ 8 c.250 - − 4-1 2φ10(e) 2φ16(a) φ 6 c.190 - 2φ 6 φ 8 c.250 - − 6-1; 6-2 2φ16 2φ25 φ 6 c.115 φ 6 c.115 2φ10(e) φ 8 c.250 16φ6 2φ25 Tensão de escoamento: (a)

583 MPa; (b) 567 MPa; (c) 290 MPa; (d) 407 MPa; (e) 321 MPa.

A tabela 2.8 apresenta os resultados obtidos nos ensaios apenas com carregamento crescente. No geral, as vigas reforçadas tiveram comportamento similar

ao das correspondentes monolíticas no que diz respeito à flecha, à ductilidade e à deformação das armaduras.

Tabela 2.8 – Características das vigas de CHEONG E MACALEVEY (2000) ensaiadas.

Preparação da interfacec Resist. do concreto (MPa)b

Viga Tipo

Parcialm. Apicoada

Totalm.

Apicoada Pintada Original Reforço

Carga de ruptura (kN) Modo de ruptura 2-1 Monolítica - - - 36 - 404 Flexão 2-2 1, 2, 3 36 44 393 Flexão 2-3 1, 2, 3 36 44 433 Flexão 2-4 1, 2 3 24 56 430 Flexão 2-5 2, 3 1 40 56 422 Flexão 2-6 2 1,3 24 56 410 Cisalhamento 2-8 1, 2, 3 40 44 351 Escoamento na zona de ancoragem 2-9 1, 2, 3 40 44 418 Flexão 2-10 1, 2, 3 40 44 376 Escoamento na zona de ancoragem 4-1 Reforçada 1, 2, 3 40 48 135 Interface 6-1 a Monolítica - - - 24 - 309 6-2 a Reforçada 1, 2, 3 _{24 48 374} Esmagamento do concreto sobre o apoio (a) Vigas contínuas (b)

Valores alterados de resistência cúbica para cilíndrica.

(c)

Ver Figura 2.17

Comparando-se as vigas 2-2, 2-3 (idênticas, porém com interfaces de contato parcialmente e totalmente apicoadas, respectivamente) e 2-9 (viga com o dobro de estribos de reforço e interfaces parcialmente apicoadas), foi verificado que todas chegaram a atingir a resistência à flexão prevista nos cálculos, apresentando modo de ruptura dúctil.

Nos ensaios das vigas 2-4, 2-5 e 2-6, nas quais algumas interfaces entre os concretos original e de reforço foram pintadas com tinta à prova d’água a fim de investigar o efeito da perda de aderência da ligação entre os dois concretos, a eficiência dessa pintura foi comprovada pelo fato de, após o rompimento das vigas reforçadas, a interface pintada permanecer íntegra e poder-se separar facilmente os dois concretos.Todas as 3 vigas atingiram a carga de ruptura prevista.

Na viga onde foi executado reforço apenas com armadura longitudinal, 4-1, surgiram fissuras na ligação entre os concretos, ao longo do vão de cisalhamento, ao se atingir 2/3 de sua capacidade resistente à flexão.

As viga 2-8 e 2-10 romperam antes de atingirem sua resistência à flexão. Elas diferiam apenas pela quantidade e detalhamento da ancoragem dos estribos de reforço, conforme tabela 2.7 e figura 2.21. Na viga 2-8, a escassa quantidade de estribos contribuiu para a propagação de fissuras na região entre a armadura longitudinal de reforço e o concreto envolvente, fazendo com que a força na zona ancoragem dos estribos crescesse rapidamente conduzindo à ruptura entre os dois concretos. Na viga 2- 10 a ruptura se deu por escoamento na zona de ancoragem dos estribos do reforço colados com epóxi na região da mesa, mas não foi identificada nenhuma evidência de ruptura entre os dois concretos. Medições mostraram que a força desenvolvida nos estribos do reforço alcançou apenas 60% da de escoamento.

As duas vigas contínuas, 6-1 e 6-2, foram ensaiadas para verificar se o modelo simplesmente apoiado é representativo do trecho entre as duas seções de momento nulo das vigas contínuas, além de examinar o efeito de placas estreitas no apoio interno das vigas. Nas duas vigas, a ruptura ocorreu de forma frágil, provavelmente resultado das pequenas dimensões do apoio interno. As deformações medidas nas armaduras longitudinais de reforço e a distribuição de fissuras mostraram a similaridade do comportamento das vigas simplesmente apoiadas e do trecho entre seções de momento nulo.

Nos ensaios dinâmicos, primeiramente as vigas foram carregadas estaticamente até que se atingisse uma carga correspondente à carga de utilização (240kN). Posteriormente, o carregamento foi variado, de forma senoidal, de 80kN a 240kN. A série 8 foi submetida a 100.000 ciclos deste carregamento e posteriormente ensaiadas estaticamente até sua ruptura. Já a série 9 foi submetida a carga cíclica até sua ruptura. A tabela 2.9 apresenta os resultados obtidos.

Tabela 2.9 – Vigas de CHEONG E MACALEVEY (2000) ensaiadas sob carregamento cíclico.

Preparação da interface Resist. do concreto

(MPa)a

Viga Tipo

Parcialm. Apicoada

Totalm.

Apicoada Original Reforço

Carga de ruptura (kN)b Modo de ruptura 8-1 Monolítica - - 40 - 411 Cisalhamento 8-2 1, 2, 3 _{36 44 407} Flexão 8-3 Reforçada 1, 2, 3 36 44 393 Flexão nº de ciclos até a ruptura

9-1 Monolítica - - 40 - 608.738 ciclos Fadiga

9-2 Reforçada 1, 2, 3 24 48 436.139 ciclos Fadiga

(a)

Valores alterados de resistência cúbica para cilíndrica.

(b)

Carga obtida através do carregamento estático após execução do carregamento dinâmico

É interessante observar que a viga monolítica da série 8 teve modo de ruptura frágil, enquanto que as reforçadas apresentaram comportamento dúctil. Uma das razões para este fato, segundo os autores, seria a diferença da resistência do concreto que envolve as armaduras longitudinais: 40 MPa para a monolítica e 44 MPa para as reforçadas fazendo com que a ligação aço-concreto da viga monolítica rompesse mais cedo.

Nas vigas 9-1 e 9-2, a grande quantidade de ciclos de carga dinâmica não causou ruptura na interface entre a viga e o reforço.

Com base nos resultados obtidos experimentalmente, os autores concluíram que:

• Foram registradas tensões de escoamento nos estribos do reforço, próximo à face