Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP Pedro Colaço Franjoso da Silva Duarte Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Professor Doutor Jorge Manuel Calico Lopes de Brito Orientadores: Professor Doutor João Paulo Janeiro Gomes Ferreira Professor Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia Vogal: Professor Doutor Paulo Miguel de Macedo França Dezembro 2011
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Estudo experimental do efeito da reparação de fendas … · recorrente e, naturalmente, tida em conta no dimensionamento de estruturas de betão armado. No entanto, a existência
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Estudo experimental do efeito da reparação de fendas
no comportamento de vigas de betão armado
reforçadas à flexão com laminados de CFRP
Pedro Colaço Franjoso da Silva Duarte
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Professor Doutor Jorge Manuel Calico Lopes de Brito
Orientadores: Professor Doutor João Paulo Janeiro Gomes Ferreira
Professor Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia
Vogal: Professor Doutor Paulo Miguel de Macedo França
Dezembro 2011
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
i
Resumo
O comportamento estrutural do betão armado leva a que a sua fendilhação seja bastante
recorrente e, naturalmente, tida em conta no dimensionamento de estruturas de betão armado.
No entanto, a existência de aberturas de fendas excessivas pode comprometer a durabilidade,
estética e funcionalidade da estrutura em questão. A existência de um excesso de cargas pode
levar a que estes valores limite sejam ultrapassados, tornando também necessária a aplicação
de um reforço estrutural. Para o excesso de esforços de flexão, uma das soluções de reforço
possíveis consiste na colagem de laminados de CFRP, sendo recomendada a reparação das
fendas numa fase prévia à aplicação do reforço, sendo a injecção de resinas epóxidas uma das
técnicas de maior utilização quando se pretende repor os níveis de desempenho e o
monolitismo do elemento.
Esta dissertação tem como objectivos a avaliação da influência da injecção prévia com resinas
epóxidas no comportamento do betão armado, aquando da aplicação de um reforço estrutural.
Para tal, foi realizada uma campanha experimental com base em ensaios de flexão de vigas de
betão armado, reforçadas com laminados de CFRP. No total, foram ensaiadas à flexão seis
vigas com os seguintes tratamentos: duas vigas padrão; duas vigas fendilhadas e reforçadas e
duas vigas fendilhadas, reparadas e reforçadas.
Com base nos resultados obtidos conclui-se que a reparação das fendas, previamente à
aplicação do sistema de reforço, confere uma maior rigidez inicial às vigas enquanto o seu
efeito na resistência última das vigas não é conclusivo.
Palavras-chave: fendilhação, vigas, injecção, resinas epóxidas, reforço, laminados de CFRP.
Resumo
ii
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
iii
Abstract
Due to the structural behaviour of reinforced concrete, cracking is a common phenomenon.
However, concrete cracking is already considered in the design of reinforced concrete
structures, where the crack width is limited to certain values, so it does not compromise the
durability of the structure. The existence of an overload may lead to exceeding crack width
values, indicating the need for structural strengthening. When the overload develops mainly
due to flexural stresses, one of the possible solutions consists of the bonding of CFRP
laminates, though crack repair is recommended before the application of the retrofitting system.
Crack repair through resin injection is one of most used techniques, where epoxy resin is the
best material to reestablish the original performance level of a structural element.
The main objectives of this dissertation comprise the determination of the influence of previous
crack repair with epoxy resins in reinforced concrete’s behavior, when a strengthening system is
applied. For this purpose, an experimental campaign was conducted based on flexural tests of
reinforced concrete beams, strengthened with CFRP laminates. Altogether, six T-shaped
beams were tested: two reference beams; two cracked and strengthened beams and two
cracked, repaired and strengthened beams.
The achieved results show that repairing the cracks before the application of the retrofitting
system ensures higher initial stiffness while the effect on the beam’s maximum load wasn’t
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
v
Agradecimentos
A realização desta dissertação apenas foi possível graças ao apoio e colaboração de várias
pessoas e entidades às quais presto os meus profundos agradecimentos.
Aos orientadores deste trabalho, Prof. João Gomes Ferreira e Prof. João Ramôa Correia por
todo o auxílio prestado, pela disponibilidade demonstrada para resolução de dúvidas e
problemas existentes, pela informação concedida e principalmente pelas sugestões e
orientação dada durante todo o trabalho.
À empresa H Tecnic, Lda., cujo contributo foi essencial na realização da campanha
experimental, nomeadamente no fornecimento de mão-de-obra e materiais necessários para o
fabrico de vigas e para as operações de reparação e reforço das mesmas. Um agradecimento
especial ao Eng. João Farinha e ao Eng. Nuno Cerqueira pela experiência transmitida e pelo
rápido apoio prestado durante todo o trabalho.
Às empresas Secil e Unibetão pelo fornecimento do betão pronto utilizado no fabrico das vigas
e dos provetes de ensaio.
À empresa S&P - Clever Reinforcement Company, pelo fornecimento da resina de colagem e
dos laminados de CFRP usados na campanha experimental.
Aos técnicos do Laboratório de Estruturas e Resistência de Materiais, Fernando Costa e
Fernando Alves pelo auxílio imprescindível para a realização dos ensaios experimentais.
Por fim, quero agradecer à minha família e à Diana, cujo apoio, motivação e confiança, foram
essenciais para a realização deste trabalho.
Agradecimentos
vi
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
vii
Índice
Resumo .......................................................................................................................................... i
Abstract ......................................................................................................................................... iii
Agradecimentos............................................................................................................................. v
Índice ............................................................................................................................................ vii
Índice de Figuras ........................................................................................................................... ix
Índice de Tabelas ........................................................................................................................ xiii
Índice de Gráficos ....................................................................................................................... xiii
Simbologia .................................................................................................................................... xv
A variedade de resinas epóxidas disponíveis no mercado actual é bastante alargada, devido ao
seu elevado número de aplicações possíveis. Estas encontram-se principalmente diferenciadas
de acordo com a sua utilização, referindo-se o preenchimento de fissuras, a execução de
selagens ou a colagem de reforços estruturais, tais como chapas de aço ou laminados de fibras
sintéticas. De acordo com a utilização a que se propõem, as características que as resinas
apresentam, como a sua viscosidade, pot life, aspecto físico, entre outras, variam de modo a
melhor cumprirem os objectivos em questão.
O tempo necessário para a resina ganhar resistência varia entre 0.5 a 10 horas, atingindo-se a
máxima resistência por volta dos 7 dias. Quando a resina endurece, é inútil tentar que esta
adira a qualquer material pois esta adquire uma consistência vítrea sem qualquer aderência,
sendo possível observar o seu aspecto final na Figura 2.11.
No que toca à utilização das resinas epóxidas para reparação de betão armado, estas
destacam-se pela sua boa aderência ao betão, a boa protecção conferida contra a corrosão
das armaduras e por serem capazes de repor, quase na sua totalidade, a capacidade
resistente de estrutura, quando devidamente aplicadas. Comparativamente com o betão, estas
apresentam uma resistência superior, tanto à compressão como à tracção. No entanto, o seu
elevado módulo de elasticidade faz com que, para fendas activas, estas resinas não sejam as
mais indicadas, na medida em que é provável o aparecimento de novas fendas junto à zona
reparada. Na tabela 2.7 pode-se observar os valores das características mecânicas das resinas
epóxidas.
Tabela 2.7 - Principais características de resinas epóxidas [2]
Resistência à compressão 80 – 120 MPa
Resistência à tracção 40 – 55 MPa
Módulo de elasticidade 2 – 3 GPa
Deformação na rotura 1 – 9 %
Peso específico 10.8 – 12.7 kN/m3
Retracção volumétrica na cura 1 – 3 %
Temperatura de transição vítrea 50 – 260 ºC
Coeficiente de dilatação térmica 45 – 90 µm/m/ºC Figura 2.11 - Resina epóxida [20]
A aplicação das resinas epóxidas como material de preenchimento de fendas encontra-se
limitada a fendas que apresentem uma abertura entre 0,1 e 6 milímetros pois, abaixo do
primeiro limite é praticamente impossível que as resinas penetrem em espaços mais reduzidos
e, no segundo limite, é difícil reter as resinas nas fendas. Uma das soluções praticadas
consiste na alteração da viscosidade das resinas para uma melhor penetração ou aderência ao
betão. Pode-se ainda recorrer ao enchimento de resinas com agregados finos (filler) quando se
pretende executar o preenchimento de fendas com uma abertura considerável, prática que
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
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permite reduzir os custos do material e os problemas relacionados com a retracção, fluência e
calor de reacção [2,22].
Resinas de poliuretano
Do ponto de vista químico, os poliuretanos podem-se considerar uma família de polímeros
devido ao elevado número de variações que podem assumir, facto que os torna aplicáveis para
inúmeras funções. Um poliuretano é formado através de uma reacção que envolve mais do que
uma ligação em cadeia de uretano, sendo estas criadas através da reacção entre dois
compostos, isocianatos e hidroxilas. Os isocianatos possuem na sua composição azoto,
carbono e oxigénio, e a reacção com as hidroxilas é provocada pelo elemento hidrogénio
presente neste composto.
Assim sendo, a produção de resinas de poliuretano é normalmente realizada através da
reacção entre um poliol, que é meramente um álcool que contém mais do que um átomo de
hidrogénio, e um diisocianato, composto que possui dois isocianatos. É necessária a
introdução de calor ou catalisadores para a reacção ficar completa, ponto a partir do qual a
resina começa a assumir a sua forma final e irreversível, mesmo sujeita novamente a altas
temperaturas [27].
Relativamente à aplicação das resinas de poliuretano na construção civil, estas podem ser
utilizadas como revestimento para pavimentos, membranas de impermeabilização e para selar
e eliminar ou reduzir a infiltração de águas nas fendas ou juntas do betão [28]. Estas também
podem ser aplicadas em fendas que apresentem um reduzido nível de actividade. No entanto,
é importante salientar que as resinas de poliuretano não devem ser utilizadas para reparar
estruturalmente o betão, pois a sua resistência não é muito significativa.
Tal como as resinas epóxidas, estas resinas não podem ser injectadas em fendas com uma
abertura inferior a 0,1 milímetros.
As resinas de poliuretano encontram-se disponíveis numa grande variedade relativa às suas
propriedades físicas. A reacção dos componentes destas resinas é, geralmente, expansiva e o
seu produto final pode-se assumir como uma espuma flexível, visível na Figura 2.12, ou como
sólidos semi-flexíveis de elevada densidade que podem ser utilizados para estabelecer a
ligação entre secções de betão sujeitas a movimento. Apesar de ambos os produtos serem
resinas de poliuretano, o produto final na forma de espuma é normalmente designado de
espuma de poliuretanto enquanto o produto final na forma de sólido semi flexível é designado
de resina de poliuretano. A grande maioria das resinas de poliuretano inicia o seu processo de
reacção e cura através da interacção com a água, tornando-as ideais na reparação de betão
que esteja em contacto com água ou em ambientes muito húmidos [24].
A distribuição das resinas para consumo é feita em dois componentes. Um dos componentes
consiste na resina de poliuretano pura, enquanto o segundo é um reagente composto
Estado da arte
26
basicamente por água. O pot-life deste tipo de resinas é de curta duração, após a mistura da
resina com a água, pelo que é aconselhada a utilização de equipamentos de injecção que
realizem a mistura poucos instantes antes da injecção da resina, visto não ser possível realizar
a injecção de apenas a resina de poliuretano no seu estado puro. [24]. Na Figura 2.13 é
possível observar a saída da resina de poliuretano de uma fenda, resultado da injecção da
mesma.
Micro-cimentos
Apesar de este material estar fora do âmbito da injecção de resinas, ele pode também ser
utilizado na reparação de fendas em betão armado. Na reparação de betão armado, a sua
aplicação assenta essencialmente na selagem de fissuras e como grout de injecção para
preenchimento de vazios, incluído fissuras. No entanto, a injecção deste material pode também
ser executada para a consolidação e impermeabilização de solos ou rochas fragmentadas.
Como o nome indica, o micro-cimento é composto por partículas de dimensão bastante
reduzida, com a máxima dimensão dos agregados a rondar os 10 a 20 micrómetros. A sua
distribuição é normalmente feita através de dois componentes. O componente principal
consiste no pó de cimento que é posteriormente misturado com um líquido, maioritariamente
composto por água, que pode conter adjuvantes. A relação água/cimento da mistura é superior
à unidade pelo que o produto final apresenta uma viscosidade relativamente reduzida. Este
facto, aliado às dimensões dos agregados, faz com que os limites de abertura de fendas em
que se pode usar este material sejam bastante similares aos existentes para as resinas. Na
Figura 2.14 é possível observar a aparência do micro-cimento após a mistura dos seus
componentes.
A introdução de micro-cimento no betão armado permite a recuperação de alguma alcalinidade
no recobrimento das armaduras, contribuindo assim para a protecção contra corrosão das
mesmas. Comparativamente com as resinas epóxidas, o micro-cimento possui um período de
trabalhabilidade ou pot-life de maior duração, mas a razão da menor utilização deste material
Figura 2.12 - Espuma de poliuretano [20]
Figura 2.13 - Injecção de resina de poliuretano numa fenda [29]
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
27
na reparação de fendas assenta essencialmente no facto de os micro-cimentos não garantirem
uma adesão ao betão existente tão elevada como a verificada na utilização de resinas, o que a
torna menos aconselhável para reparação estrutural de elementos fendilhados [20]
Figura 2.14 – Micro-cimento [20]
2.2.3 Técnicas de injecção de fendas
A injecção da resina nas fendas pode ser efectuada de diferentes modos. A determinação do
método de injecção não se encontra associada a nenhum critério explícito, pelo que a escolha
é normalmente feita com base nos requisitos do dono de obra ou nas recomendações de quem
realiza a reparação, através do aproveitamento de materiais que possui ou na experiência
adquirida em determinadas técnicas.
Um dos principais aspectos a ter em conta numa operação de injecção consiste na pressão
utilizada, existindo sistemas de baixa e alta pressão. Na determinação do sistema a utilizar é
necessário ter em conta tanto a viscosidade da resina como a abertura da fenda. Para
aberturas de fendas elevadas recomenda-se a utilização do sistema de baixa pressão, embora
seja requerido um pot-life das resinas mais duradouro. Caso se esteja perante fendas com uma
abertura reduzida, então pode ser essencial a utilização de sistemas de alta pressão para uma
correcta penetração da resina, que deverá apresentar uma viscosidade reduzida. No entanto, a
utilização deste método pressupõe a limitação da pressão utilizada, de modo a que a injecção
não provoque tensões adicionais no betão e a consequente verificação da abertura de novas
fendas ou o prolongamento das existentes.
Neste ponto pretende-se descrever os procedimentos executivos das várias técnicas existentes
de injecção de fendas. Uma acção comum a todas técnicas de injecção consiste na preparação
e limpeza da fenda, de forma a garantir uma boa aderência entre os materiais injectados e o
betão. Esta operação pode ser feita recorrendo a pequenas escovas na superfície da fenda ou
com a utilização de ar comprimido para retirar possíveis poeiras ou outros resíduos no interior
da fenda.
Estado da arte
28
Injecção com injectores colados à superfície
Neste tipo de injecção, o primeiro passo consiste numa preparação prévia da superfície do
betão junto à fenda, com o propósito de melhorar a operação posterior de selagem. Para tal, é
realizado um alargamento da abertura da fenda à superfície em forma de “V”, recorrendo a
brocas, pequenos martelos pneumáticos ou discos de corte, que introduzem uma certa
rugosidade no betão, sendo que a profundidade desta abertura deve ser aproximadamente de
10 a 20 milímetros.
Posteriormente, são colados os injectores ao longo da fenda, com adesivos próprios para o
efeito, e com uma distância entre si que se considere razoável, tendo em conta a espessura do
elemento a reparar. A distância entre injectores normalmente utilizada varia entre uma e uma
vez e meia a espessura do elemento a reparar, sendo também condicionante se a reparação é
feita de um lado, ou em ambos os lados do elemento, a profundidade da fenda, a viscosidade
do material de injecção ou a pressão de injecção. No caso de existirem bifurcações no
desenvolvimento da fenda, recomenda-se a colocação de um injector no ponto de bifurcação.
Recomenda-se ainda a inserção de um prego no interior dos injectores para comprovar que a
cola de fixação dos mesmos não põe em causa a passagem do material de injecção.
Concluída a colagem dos injectores, pode-se proceder à selagem da fenda (Figura 2.15), que é
realizada com aplicação de um material tixotrópico com resinas epóxidas ou com argamassas
à base de cimento, sendo que neste caso, aconselha-se molhar a superfície da fenda
previamente, de modo a que o material selante proceda a uma correcta secagem. Existe a
possibilidade de realizar furos no material selante e apenas colocar nesta altura os tubos de
injecção, embora desta forma se comprometa, até certo ponto, a eficácia da selagem da fenda.
Relativamente aos equipamentos de injecção, estes encontram-se disponíveis com uma certa
diversidade, pelo que a sua diferenciação pode basear-se na fonte de pressão ou no processo
de mistura dos componentes dos materiais de injecção. Estes equipamentos serão abordados
posteriormente com maior detalhe.
Após a colocação dos injectores e a selagem das fendas, estão reunidas as condições para se
realizar a injecção das fendas. O processo de injecção possui um carácter iterativo, na medida
em que se inicia com a colocação de uma válvula anti-retorno no injector onde se vai iniciar a
injecção, procedendo-se à realização de referida operação. Quando o material de injecção
começa a sair pelo injector adjacente, é interrompida a injecção e coloca-se a válvula anti-
retorno no injector onde se verificou a purga, procede-se à injecção no referido injector e assim
sucessivamente. Perante fendas que se desenvolvam na vertical, a injecção deve ser feita de
baixo para cima, de forma a tirar partido da acção da gravidade para um melhor preenchimento
das fendas. Quando a fenda é horizontal, a injecção deve-se iniciar num ponto intermédio,
sendo que posteriormente se pode optar pela injecção completa de um dos lados e de seguida
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
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se realizar a injecção do lado em falta, ou realizar a injecção em lados alternados. Esta ordem
pode ser observada na Figura 2.16
Caso exista um consumo superior ao esperado de material de injecção sem que este saia pelo
tubo existente, deve ser interrompida a injecção devido à possibilidade de existir alguma rotura
na selagem ou uma comunicação com um vazio de grandes dimensões [2,20].
Injecção com injectores fixados mecanicamente
O processo executivo para este tipo de injecção é, na sua essência, bastante similar ao
verificado para os injectores colados à superfície. Neste caso, é também efectuada uma
abertura da superfície da fenda e a respectiva limpeza, seguido da aplicação do material
selante.
Posteriormente, procede-se à execução de furos no betão armado onde irão ser colocados os
injectores, que podem ser também denominados de packers. Como, na grande maioria dos
casos, a orientação da fenda no interior do elemento é desconhecida, estes furos são
realizados em lados alternados da fenda e com uma inclinação de aproximadamente 45º,
considerando um plano perpendicular à superfície do betão, e com uma profundidade que
permita ao furos intersectar a fenda.
É então colocado um injector no furo, por onde se pretende começar a injectar, como se pode
observar na Figura 2.17, e este é apertado de forma a fixar-se no betão. Enquanto os injectores
que são colados à superfície consistem basicamente em tubos ordinários, estes injectores
encontram-se dotados com um segmento de borracha que envolve uma zona roscada. Este
facto faz com que, ao rodar os injectores, se esteja a aplicar uma força de compressão na
borracha que, consequentemente, começa a expandir-se radialmente, aumentando
consideravelmente a sua força de fixação e a estanqueidade do furo.
Visto estes injectores possuírem uma válvula anti-retorno de origem, é necessário deixar
desimpedido o buraco por onde se prevê que o material de injecção comece a sair (Figura
Figura 2.15 - Aplicação de selagem na fenda [20]
Figura 2.16 - Ordem de injecção para: a) fendas verticais e b) fendas horizontais [2]
Estado da arte
30
2.18), ou seja, os injectores são apenas colocados após a realização da injecção no buraco
anterior. De notar que neste caso é utilizada a mesma ordem de injecção.
Após a conclusão da injecção e da cura do material injectado, é possível retirar a parte exterior
do injector, desenroscando a mesma. O resto do injector fica perdido no interior do betão [30].
Injecção com injectores de pressão
Deve-se notar, em primeiro lugar, que este método de injecção de fendas tem níveis de
utilização algo reduzidos, não existindo também muita documentação neste âmbito. Estes
injectores de pressão são constituídos por duas partes: um tubo de injecção, em tudo
semelhante aos injectores colados à superfície, excepto no facto de este ser adaptável ao
segundo componente que consiste numa cápsula, onde é inserido o material de injecção,
sendo esta cápsula responsável pela criação da pressão de injecção. Esta pressão pode ser
exercida através da utilização de pequenos balões ou molas e assume valores relativamente
reduzidos. O facto de a injecção ser feita a baixa pressão faz com que os materiais de injecção
necessitem de ter um pot-life consideravelmente mais longo e, consequentemente, se tornem
mais onerosos.
A preparação prévia à injecção é feita através da colocação dos tubos de injecção na superfície
da fenda, seguida da selagem da mesma e, por fim, são encaixadas as cápsulas nos
respectivos tubos.
Relativamente ao sistema de injecção com balões, a introdução da resina nos balões é
possível através da existência de uma ligação tripla que une o tubo de injecção, o balão e a
boca de introdução da resina. Esta ligação possui válvulas anti-retorno que garantem o
correcto deslocamento do material de injecção pela boca de introdução até ao balão e,
posteriormente, até ao tubo de injecção. Na Figura 2.19 é visível a realização da injecção de
fendas através desta técnica.
Figura 2.17 - Colocação de um injector num dos furos realizados [30]
Figura 2.18 – Purga da resina no buraco subsequente, após injecção da mesma [30]
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
31
Para a injecção de fendas com recurso a molas, visível na Figura 2.20, esta é feita através da
introdução do material de injecção num compartimento que é posteriormente colocado na
cápsula de injecção, liga-se a cápsula ao tubo de injecção e solta-se a mola para pressurizar o
material de injecção e introduzi-lo na fenda.
Figura 2.19 - Colocação da resina nos balões de injecção [31]
Figura 2.20 - Injecção com recurso a molas [31]
Neste caso, não existe uma ordem de injecção definida, na medida em que todos os injectores
se encontram em funcionamento em simultâneo, embora seja habitual começar a introdução do
material de injecção numa cápsula de um dos extremos da fenda e prosseguir esta acção nas
restantes cápsulas até chegar ao outro extremo. Feita a introdução do material de injecção em
todas as cápsulas, regressa-se às primeiras cápsulas onde se iniciou o processo de injecção
para verificação da necessidade de introduzir mais material. Prossegue-se esta verificação
para as restantes cápsulas, repetindo este processo até se dar a injecção por concluída.
Estes mecanismos de injecção permitem ao utilizador observar visualmente o progresso da
injecção através das variações de volume, sendo que se conclui que a injecção está completa
quando não existem variações de volume nas cápsulas, passado um determinado período de
tempo [31, 32].
Impregnação
A técnica de impregnação consiste na aplicação directa do material de preenchimento nas
fendas, sem qualquer uso de pressão, não podendo, portanto, ser considerada uma injecção.
No entanto, devido ao seu carácter de reparação de fendas com materiais de preenchimento
semelhantes aos utilizados em injecções, será feita uma descrição breve deste método.
A impregnação é uma técnica que pretende tirar partido da gravidade, pelo que o seu processo
executivo é de relativa simplicidade. A aplicação do material de preenchimento é feita com
Estado da arte
32
recurso a pincéis, pelo que também é possível criar uma abertura da superfície da fenda, como
nas técnicas de injecção descritas anteriormente, e verter o material de preenchimento
directamente sobre a abertura. À medida que o material vai desaparecendo da superfície e
penetrando nas fendas, vai-se adicionando novas camadas de material até a impregnação
parar, dando-se a operação por completa.
Uma limitação de bastante relevância para esta técnica de reparação consiste no facto de ela
apenas ter aplicabilidade em superfícies horizontais, ou com pouca inclinação, e que não
apresentem infiltrações [20].
2.2.4 Mecanismos de injecção e processos de mistura
A injecção sob pressão pode ser feita de diferentes formas, nomeadamente as seguintes
[2,33]:
Ar comprimido;
Bombas manuais;
Bombas hidráulicas;
Cápsulas de pressão;
Vácuo.
Relativamente às bombas manuais, estas podem-se apresentar como dispositivos semelhantes
a seringas ou como bombas de pistão manuais, visível na Figura 2.21. No caso de bombas
hidráulicas, estas são accionadas por motores eléctricos, sendo possível observar um destes
equipamentos na Figura 2.22 [2]. A injecção de fendas com recurso ao vácuo é uma técnica
mais recente, mais cara e alvo de alguma controvérsia. É alegado que este método traz
vantagens ao nível da capacidade de penetração do material de injecção e na minimização das
tensões acrescidas ao betão. Existem, no entanto, algumas entidades que contestam estes
factos e que garantem que não compensa o custo acrescido e a complexidade que este
método acarreta [34].
Para a pressão de injecção aplicada, a empresa SIKA [20] recomenda a utilização de uma
expressão para limitação da pressão aplicada que se apresenta de seguida,
(2.2-11)
onde representa o valor característico da resistência à compressão do betão e o resultado
final desta expressão é dado em bar (1MPa = 10 bar).
No que toca aos processos de mistura, estes podem realizar-se de um modo contínuo ou
descontínuo. No modo contínuo, os dois componentes do material de injecção são colocados
dentro dos equipamentos que possuem elementos doseadores e que posteriormente realizam
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
33
a mistura dos componentes, consoante as necessidades de injecção. O modo descontínuo
assenta na mistura dos componentes previamente à sua colocação nos equipamentos de
injecção pelo que este modo implica uma maior atenção às quantidades misturadas para que a
injecção da mistura se efectue totalmente num período de tempo inferior ao pot-life. O modo
contínuo tem a vantagem de não carecer desta atenção, o que permite também a utilização de
materiais com um pot-life mais reduzido. Independentemente do modo de mistura aplicado,
deve haver respeito pelas indicações dos fabricantes no que toca às relações de mistura entre
componentes. Uma das características principais das bombas de injecção refere-se ao modo
de mistura, na medida em que as bombas monocomponentes e bicomponentes estão
associadas ao modo descontínuo e contínuo, respectivamente.
Figura 2.21 - Bomba monocomponente
manual [35] Figura 2.22 - Bomba monocomponente eléctrica
Sika® Injection Pump EL-1 [20]
Os equipamentos de injecção disponíveis estão, na maioria das vezes, associados aos
fabricantes dos materiais de injecção, existindo uma grande variedade neste campo. Esta
variedade é também resultado do facto de existirem diferentes modelos de equipamentos de
injecção para cada material que se pretende injectar.
2.2.5 Efeito das resinas no comportamento mecânico do betão armado
Como foi demonstrado anteriormente, as características mecânicas das resinas epóxidas
apresentam valores superiores aos verificados para o betão, pelo que é válido afirmar que as
resinas epóxidas são capazes de repor as características inicias do betão armado. Existem
resultados experimentais que comprovam este facto, apresentando-se alguns exemplos de
seguida.
Nas Figuras 2.23 e 2.24 são apresentados os resultados de uma investigação experimental
levada a cabo por Hewlett e Morgan [36] sobre a resposta estática e cíclica de vigas de betão
armado reparadas com resinas epóxidas. Neste caso foi efectuada uma análise da resistência
Estado da arte
34
das vigas a esforços de flexão e a esforços transversos. Na Figura 2.25 pode-se observar os
resultados de uma campanha experimental semelhante, tendo sido utilizadas três vigas de
betão armado sujeitas a esforços de flexão.
Em ambos os casos foi efectuado um carregamento prévio das vigas, para além da cedência
das armaduras, e foi posteriormente aplicada a técnica de reparação com injecção de resina
nas fendas [36, 37].
Figura 2.23 - Diagrama carga-flecha de uma viga sujeita a injecção das fendas com rotura por flexão
[36]
Figura 2.24 - Diagrama carga-flecha de uma viga sujeita a injecção das fendas com rotura por corte
[36]
Figura 2.25 - Diagrama carga-flecha de três vigas sujeitas a injecção das fendas com rotura por flexão [37]
Como é possível observar, a introdução de resinas epóxidas no betão armado é capaz de
replicar as características originais do betão armado e, de certa forma, ainda de provocar um
ligeiro aumento da sua capacidade resistente.
Ainda no âmbito da reparação de betão com resinas epóxidas, foi realizada uma investigação
por Issa e Debs [38] que consistiu no estudo da resistência à compressão de cubos com 15
centímetros de aresta sujeitos a este tipo de reparação. Foram ensaiados cubos padrão, cubos
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
35
com fendas e cubos com as fendas preenchidas com resinas. As fendas foram criadas com
recurso a chapas metálicas colocadas nas cofragens dos cubos, tendo sido utilizadas duas
chapas de dimensões distintas para testar dois tipos de fendas. Na Tabela 2.8 observa-se os
resultados dos ensaios à compressão dos diferentes cubos, sendo que os tipos de fendas
foram feitos com chapas, ligadas perpendicularmente às faces das cofragens, de 150 x 35 mm
e 70 x 50 mm, ambas com 2 mm de espessura, para o primeiro e segundo tipo de fendas,
respectivamente.
Tabela 2.8 - Resultados de ensaios à compressão de cubos fendilhados e reparados com resinas epóxidas [38]
Tipo de cubo (MPa) % de redução
Padrão 33,0 -
Fendilhado 1 19,1 40,93
Fendilhado 2 22,2 32,71
Fendilhado 1 e reparado 29,3 11,25
Fendilhado 2 e reparado 30,3 8,23
2.3 Reforço por colagem de laminados de CFRP
A utilização de laminados de CFRP no reforço à flexão de elementos de betão armado, como
lajes e vigas, tem vindo a provar ser bastante eficaz no melhoramento dos níveis de resistência
dos mesmos. Neste ponto do trabalho é feita uma apresentação dos diferentes aspectos
inerentes a esta operação, nomeadamente ao nível das características dos materiais
empregues, a sua aplicação e o seu desempenho estrutural.
2.3.1 CFRP como material estrutural
O CFRP consiste basicamente num material compósito constituído por fibras de carbono
embebidas numa matriz polimérica e corresponde à abreviatura de Carbon-Fibre Reinforced
Polymers, ou seja, tratam-se de polímeros reforçados com fibras de carbono. O CFRP por sua
vez pertence à família dos polímeros reforçados com fibras que também abrange os polímeros
reforçados com fibras de vidro (GFRP) ou de aramida (AFRP) que possuem igualmente alguma
aplicação no campo da engenharia civil. As fibras constituem uma elevada percentagem
volumétrica do produto final, assumindo valores entre os 20 a 60% [39].
De entre os três tipos de fibras mencionados, as fibras de carbono são as que apresentam
melhores propriedades mecânicas, possuem uma maior resistência à acção de agentes
químicos, são imunes à corrosão e não absorvem água. As fibras de vidro são as de menor
custo, têm maior peso específico, apresentam grande sensibilidade a meios alcalinos e têm
menor resistência a acções de fadiga. As fibras de aramida apresentam dificuldades de
Estado da arte
36
moldagem, têm baixa resistência à compressão, são sensíveis à fluência, à acção dos raios
ultra-violetas e às temperaturas elevadas.
Na Figura 2.26 e na Tabela 2.9 é possível observar as características mecânicas dos materiais
em questão, sendo também feita a comparação com os constituintes do betão armado. De
notar na Figura 2.26, a apresentação do desempenho de fibras de carbono de elevado módulo
de elasticidade (HM) e das fibras de carbono de elevada resistência (HS).
Figura 2.26 - Diagrama tensão-extensão de distintos tipos de fibras, do aço convencional e de cordões aço de pré-esforço [40]
Tabela 2.9 - Características físicas e mecânicas dos diferentes FRPs [40]
Material Módulo de
elasticidade (GPa) Resistência à tracção
(MPa) Densidade (kg/m
3)
Betão 20-40 1-3 2400
Aço 200-210 240-690 7800
Fibras de vidro 69-72 1860-2680 1200-2100
Fibras de aramida 69-124 3440-4140 1200-1500
Fibras de carbono 200-800 1380-6200 1500-1600
Perante estes dados, comprova-se a melhor aptidão das fibras de carbono para suportar
esforços, pelo que é justificado o facto de estas serem as mais utilizadas na execução de
reforços estruturais com materiais compósitos.
No que toca à matriz polimérica utilizada, a sua escolha recai em resinas termoendurecíveis
como as epóxidas, de poliéster ou de viniléster. Estas resinas têm a função de distribuir as
tensões pelas diversas fibras, protegê-las dos danos mecânicos, das agressões ambientais e
dos fenómenos de instabilidade [39, 40].
Relativamente ao reforço estrutural com elementos de CFRP, estes têm vindo a aumentar a
sua utilização, na medida em que esta técnica evita os problemas mais comuns associados às
técnicas de reforço tradicionais. O reforço estrutural com componentes de CFRP tem como
principais vantagens o facto de a sua execução ser fácil e simples e a sua afectação ser
mínima, no que toca ao aspecto final do elemento reforçado.
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
37
Os elementos estruturais de CFRP podem assumir diferentes formas, possuindo cada sistema,
características próprias e objectivos distintos. Estes sistemas podem ser divididos em sistemas
pré-fabricados e sistemas curados in-situ.
Nos sistemas pré fabricados podem-se incluir os sistemas em forma de varões e os que
apresentam a forma de laminado. Os varões de CFRP desempenham um papel semelhante
aos varões de aço, tendo a vantagem de serem resistentes à corrosão, pelo que a sua
utilização, apesar de ainda ser reduzida, tem vindo a crescer nos últimos anos. No que toca
aos laminados de CFRP, a sua aplicação já foi mencionada, pelo que é importante mencionar
que ambos estes sistemas pré-fabricados possuem as suas fibras no sentido longitudinal ao
elemento, tirando o maior partido da sua resistência à tracção.
Nos sistemas curados in situ, a matriz e as fibras são fornecidas em separado e o processo de
fabrico do compósito de CFRP é efectuado na zona a reforçar. Com a resina de saturação
efectua-se a impregnação plena das fibras e a ligação ao substrato de betão. Os sistemas
curados in situ são classificados em termos da direcção que as fibras apresentam. Estes são
considerados como mantas se as suas fibras estiverem dispostas unidireccionalmente, e como
tecidos, caso as fibras se encontrem dispostas em várias direcções. Ao contrário dos varões e
dos laminados, as mantas e os tecidos são materiais flexíveis, sendo assim apropriados para
aplicações em superfícies curvas [40].
Uma das características mais relevantes dos compósitos de CFRP consiste no facto de estes
se comportarem de um modo elástico linear, pelo que não possuem uma tensão de cedência,
mas apenas uma tensão de rotura. Este facto faz com que em muitos casos não se tire um
maior partido da capacidade de resistência dos CFRP devido à diferença de comportamentos
entre o aço do betão armado e o CFRP. No caso dos laminados de CFRP, a aplicação de pré-
esforço sobre os mesmos permite uma maior eficiência por parte dos laminados, embora
implique um acréscimo ao nível da complexidade e dos custos associados à operação [41].
2.3.2 Processo de fabrico de laminados de CFRP
Como foi referido, os laminados de CFRP são pré-fabricados, pelo que o seu fabrico é de
carácter industrial, sendo, após a cura, enviados para a obra, onde é feita a sua instalação. O
método de fabrico que é geralmente utilizado para este caso e para outros perfis de CFRP
denomina-se de pultrusão.
A pultrusão assenta basicamente na acção de puxar as fibras de carbono através de várias
etapas, semelhante a uma linha de montagem, onde o produto final se encontra pronto para
aplicação em obra. Existem diferentes máquinas que cumprem este propósito, sendo que em
muitos casos esta máquina de pultrusão é desenhada e construída pelo próprio fabricante dos
materiais. Apesar deste facto, existem uma série de acções comuns executadas em todas as
máquinas e que são características das operações de pultrusão.
Estado da arte
38
O inicio do procedimento da pultrusão dá-se no puxe das fibras de carbono, provenientes de
diversos rolos, colocados em suportes numa das extremidades da máquina. As fibras são
então levadas até um “banho” de resinas onde se dá a impregnação das fibras. Este banho,
onde também estão presentes os agentes de reacção das resinas, é constantemente
reabastecido e tem normalmente a superfície livre de forma a estar exposto à ventilação. Após
este passo, as fibras, cobertas de resina, são encaminhadas até molde de cura das resinas
que funciona igualmente como forma para o produto apresentar a forma desejada. Este
processo de cura é feito através do aquecimento das superfícies do molde com recurso a
resistências eléctricas ou óleo de aquecimento. A temperatura de aquecimento utilizada não é
constante, pelo que é normal a separação em diferentes zonas de aquecimento com diferentes
temperaturas, para uma melhor cura das resinas. Previamente à entrada das fibras no molde é
normalmente feito um arrefecimento do material para que não se verifique uma cura prematura
das resinas. Para a superfície dos produto final ser suficientemente lisa, é introduzido um véu
de protecção, normalmente à base de polyester. De notar que o encaminhamento das fibras ao
longo destes passos é feito para que as fibras ocupem posições especificas no produto final.
Após a saída do material pelo molde de cura, este atravessa o mecanismo de puxe e dirige-se
à zona final onde é cortado com uma lâmina diamantada, de forma a que este possua o
comprimento desejado. A espessura transversal dos elementos criados por pultrusão pode não
ser totalmente constante, embora seja necessário garantir a continuidade longitudinal da
espessura. Na Figura 2.27 apresenta-se um exemplo de uma máquina de pultrusão, com a
descrição dos seus componentes [39]. Apesar de os laminados serem semi-rígidos, a sua
espessura reduzida transmite-lhes uma flexibilidade que permite que estes sejam guardados,
armazenados e transportados para a obra em rolos.
Figura 2.27 - Representação de um processo de pultrusão [39]
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
39
2.3.3 Processo executivo do reforço de laminados de CFRP
Uma das principais vantagens da utilização de laminados de CFRP para reforço estrutural
consiste na rapidez e simplicidade verificadas na operação de reforço. Como as fibras dos
laminados se encontram dispostas unidireccionalmente, esta técnica de reforço assenta na
colagem dos laminados à superfície do elemento na direcção longitudinal, de modo a que as
fibras do laminado se encontrem o mais paralelamente possível às forças de tracção.
Esta técnica de reforço inicia-se com a preparação da superfície do betão para a colagem dos
laminados. No entanto, e com principal relevância para este trabalho, deve ser feita uma
observação prévia das condições do elemento a reforçar e efectuar as reparações que se
considerarem necessárias. De forma a que exista uma maior aderência entre a resina de
colagem e a superfície do betão procura-se aumentar a rugosidade do substrato, com recurso
a jactos de areia e água (Figura 2.28) ou com um martelo de agulhas. Esta acção assenta na
extracção da camada superficial do betão, pelo que é recomendado que a profundidade
utilizada seja tal que deixe expostos alguns agregados grossos do betão e a sua área de
aplicação deve ter, no mínimo, as dimensões do laminado que irá ser colocado. Completada
esta fase, deve ser feita a limpeza do substrato, preferencialmente com ar comprimido, para
retirar possíveis poeiras resultantes da operação anterior.
Figura 2.28 - Preparação da superfície com um jacto de areia e água [17]
No que toca à aplicação do laminado, existe ainda a opção de aplicar um primário no substrato
para melhorar a aderência e resistência superficial do betão. É feita uma limpeza da superfície
do laminado com recurso a solventes como, por exemplo, acetona. A aplicação da resina de
colagem é feita tanto no substrato como no laminado, sendo que no substrato aplica-se apenas
uma pequena camada de regularização e no laminado é que é feito o controlo da espessura da
resina. A espessura final da resina deve ser suficiente para garantir uma boa aderência entre o
laminado e o betão, mas não deve ultrapassar o valor de aproximadamente 5 mm, pois a alta
deformabilidade da resina pode por em causa a eficácia do sistema de reforço. Tal como foi
mencionado para os materiais de injecção, as indicações do fabricante relativamente às
dosagens e mistura dos componentes da resina devem ser obedecidas, tendo também atenção
Estado da arte
40
ao pot-life da mesma. A aplicação do laminado é feita com uma pressão reduzida sobre o
mesmo, como é visível na Figura 2.29, de modo a não reduzir em demasia a espessura da
resina, mas com a atenção de minimizar a existência de vazios ou bolhas de ar entre o adesivo
e o laminado [2, 40].
Figura 2.29 - Aplicação dos laminados [42]
2.3.4 Dimensionamento de laminados de CFRP
A caracterização das tensões existentes num elemento reforçado com elementos de CFRP é
de relativa complexidade devido, principalmente, à interacção dos diferentes comportamentos
mecânicos dos materiais envolvidos. Assim sendo, o recurso a resultados experimentais tem
vindo a ser essencial para efectuar um correcto dimensionamento dos laminados de CFRP de
tal forma que o elemento reforçado mantenha a sua integridade quando é sujeito ao esforço
para qual o reforço foi dimensionado.
Modos de rotura
Quando o elemento reforçado, seja este uma laje ou uma viga, atinge a rotura, é preferível que
esta se verifique por compressão do betão, precedida pela cedência das armaduras. No
entanto, observa-se que, na maioria dos casos, a rotura deste elemento acontece devido a
falhas na ligação entre o betão e o laminado. Estas falhas na ligação podem-se dar em
diferentes níveis:
Arrancamento do betão perto da superfície – Caso mais comum na perda da ligação,
pelo que esta se dá em camadas mais frágeis do betão, como na zona de ligação às
armaduras;
Rotura do adesivo – Pouco usual na medida em que a resina possui uma resistência
mecânica superior à do betão. Pode ocorrer, caso se verifique uma quebra da
resistência mecânica da resina devido a temperaturas elevadas;
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
41
Falha na ligação do adesivo ao betão ou ao laminado – Como a tensão máxima de
tracção da resina é inferior à tensão máxima de aderência da mesma, este fenómeno
tende a verificar-se quando existem falhas na preparação da superfície do betão ou do
laminado.
Rotura do laminado – Este modo de rotura pode ocorrer se for utilizado um betão de
elevada resistência e é, de certa forma, aceitável, pois indica que foi tirado um grande
partido das características resistentes do reforço [43].
Sendo o betão o elo mais fraco da ligação de reforço, ilustram-se na Figura 2.30 os diferentes
tipos de rotura das ligações associados à superfície do betão [17]:
Arrancamento do betão na zona
de ancoragem
Arrancamento devido a fendas de
corte
Arrancamento nas fendas de
flexão
Rotura por corte na extremidade
do reforço
Arrancamento devido a
imperfeições no suporte
Figura 2.30 - Tipos de rotura da ligação do laminado [17]
Estado da arte
42
Abordagens de dimensionamento
Existem actualmente alguns documentos de apoio ao dimensionamento de laminados de
CFRP, de onde se destacam os seguintes:
Bulletin 14 de The International Federation for Structural Concrete;
ACI-440.2R-08 de American Concrete Institute;
Technical report 55 de The Concrete Society;
Design Manual No. 4 de ISIS Canada (Intelligent Sensing for Innovative Structures).
Neste ponto do trabalho serão apresentados vários aspectos a ter em conta no
dimensionamento de laminados de CFRP para reforço de vigas de betão armado, tendo como
base o documento Bulletin 14 de International Federation for Structural Concrete, também
conhecido como Fib 14.
Considerando a rotura do elemento através da compressão do betão após a cedência das
armaduras, o cálculo do momento resistente após o reforço, pode ser efectuado, determinando,
em primeiro lugar, a posição da linha neutra, através da seguinte expressão,
(2.3-1)
onde , corresponde ao valor de cálculo da tensão de cedência do aço,
corresponde ao valor de cálculo da tensão máxima de compressão no betão, corresponde
ao módulo de elasticidade do laminado e as restantes variáveis se podem observar na Figura
2.31, sendo que,
(2.3-2)
(2.3-3)
O valor de cálculo do momento resistente da secção, , é determinado da seguinte forma,
(2.3-4)
onde . Para que se verifique a rotura do elemento por compressão do betão, é
necessário que as seguintes condições sejam respeitadas:
(2.3-5)
(2.3-6)
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
43
Figura 2.31 - Análise da secção transversal de uma viga para o estado limite último de flexão: (a) geometria, (b) distribuição de extensões e (c) distribuição de tensões [43]
Caso a condição (2.3-6) não seja respeitada e se antes se verificar uma rotura do laminado,
então o método de determinação do valor de cálculo do momento resistente da secção é
análogo ao apresentado anteriormente, devendo-se considerar, no entanto, a alteração de
para , de para , passando e a ser determinados da seguinte forma:
(2.3-7)
(2.3-8)
Outro aspecto importante consiste nos factores de segurança utilizados na redução das
características mecânicas do CFRP. O Fib Bulletin 14 recomenda a divisão do valor
característico da tensão máxima do CFRP, , por
, para determinação do valor de
cálculo da tensão máxima do CFRP, . Já o ACI 440 recomenda a multiplicação do mesmo
por um coeficiente, que se encontra dependente das condições de aplicação, cujos valores
se podem observar na Tabela 2.10.
Condições de exposição Valor de
Exposição interior 0,95
Exposição exterior 0,85
Ambientes agressivos 0,85
Tabela 2.10 - Valores do factor de segurança [44]
Segundo o ACI 440, o valor final do momento resistente deve ser ainda multiplicado por um
factor = 0,8 para consideração do momento de resistência nominal.
Estado da arte
44
Como já foi referido, verifica-se que na maioria dos casos existe uma perda da integridade da
ligação entre o betão e o laminado, antes de se atingir a rotura do elemento. Devido à
complexidade da distribuição de tensões existentes neste sistema de reforço e os diferentes
tipos de rotura que a ligação pode exibir, não existe um método universal de cálculo que
permita garantir a não ocorrência da rotura precoce. Existem, no entanto, algumas tentativas
de compreender os esforços actuantes para cada um dos tipos de rotura mencionados, através
de ensaios experimentais, que permitiram formular algumas verificações para cada tipo de
rotura. Relativamente às roturas precoces provocadas pelo esforço transverso, ou seja, o
arrancamento devido a fendas de corte e a rotura por corte na extremidade do reforço, as
formulações existentes baseiam-se na redução da capacidade resistente do elemento a
esforços transversos, mas a sua aplicabilidade ainda não se encontra totalmente comprovada.
No que toca ao arrancamento devido a imperfeições no suporte, este apenas pode ser evitado
com um maior cuidado nos processos executivos, ou com a reparação destas imperfeições.
Para o arrancamento na zona de ancoragem devido às fendas de flexão existem verificações
que são recomendadas, pelo que podem-se considerar três abordagens distintas para esta
problemática:
Abordagem 1 – Verificação na zona de ancoragem e limitação da extensão do CFRP
As verificações utilizadas nesta abordagem são de relativa simplicidade, pelo que esta
abordagem é muitas vezes utilizada. A verificação na zona da ancoragem é feita a dois níveis.
O primeiro assenta na limitação da força de tracção existente no laminado na zona de
ancoragem. Este valor limite, , pode ser determinado da seguinte forma,
(2.3-9)
em que representa um coeficiente de monolitismo, assumido o valor 1 para um monolitismo
perfeito, corresponde a um valor representativo do estado de compactação do betão,
assumindo valores perto da unidade para condições normais, e é um factor geométrico que
relaciona a largura da base da viga com a largura do laminado, através da seguinte expressão:
(2.3-10)
A segunda parte da verificação na zona de ancoragem é feita através da determinação de um
comprimento de amarração máximo. Este comprimento de amarração é o que garante o maior
nível de resistência à ligação na zona de ancoragem, sendo que valores superiores de
comprimento deixam de contribuir para esta resistência. O comprimento de amarração, b,máx, é
então dado pela seguinte expressão:
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
45
(2.3-11)
Para as restantes zonas do elemento fora da zona de ancoragem, a verificação da integridade
da ligação é feita com recurso à limitação da extensão do laminado. Existem alguns
documentos que abordam este assunto e que recomendam diferentes valores para a limitação
da extensão dos laminados, apresentando-se de seguida:
Fib Bulletin 14 [43]:
ACI 440 2R-08 [44]:
S&P, 2008 [45]:
Technical Report 55 [46]:
De notar que apenas o ACI 440 é que considera explicitamente a espessura do laminado e o
seu módulo de elasticidade na determinação do valor limite da extensão do mesmo. De facto,
a falha na consideração de determinadas características e factores do sistema de reforço é
apontado como um dos defeitos principais nesta abordagem. Outra das lacunas nesta
abordagem assenta no facto de a tensão de rotura do laminado estar também dependente da
relação momento-esforço transverso, da extensão das armaduras e da distribuição de fendas.
Abordagem 2 – Verificação de acordo com o desenvolvimento dos esforços de tracção
Nesta abordagem o fenómeno do arrancamento do laminado é tratado de forma igual tanto na
zona de ancoragem com nas restantes zonas do elemento. Este método é possivelmente o que
melhor caracteriza a distribuição de esforços existente, considerando o efeito da fendilhação no
betão na transferência de esforços entre o betão e o laminado. São três os passos principais a
realizar neste método:
o Determinação do espaçamento entre fendas mais desfavorável;
o Determinação das forças de tracção existentes entre duas fendas
subsequentes;
o Determinação do acréscimo máximo de tensões de tracção na ligação.
A principal desvantagem desta abordagem assenta no facto de esta ser de uma complexidade
considerável, que torna difícil a sua aplicação.
Estado da arte
46
Abordagem 3 – Verificação na zona de ancoragem e da transferência de forças no
interface CFRP/betão
O método de verificação da segurança da ligação para esta abordagem assume também a
separação em zona de ancoragem e restantes zonas. Para a zona de ancoragem a verificação
feita é a mesma que é aplicada na Abordagem 1.
Para as restantes zonas do elemento é feita uma restrição das tensões de corte presentes no
interface laminado/betão, de modo a que estas não ultrapassem a resistência à tracção do
betão, local onde se verificou que a rotura é mais provável. A verificação para esta zona é feita
através das seguintes expressões,
(2.3-12)
(2.3-13)
onde corresponde ao esforço transverso aplicado no elemento e pode ser assim
determinado:
(2.3-14)
Antes da utilização das fórmulas (2.3-12) e (2.3-13) é necessário delimitar as zonas onde a
armadura longitudinal se encontra em cedência de forma a contabilizar a contribuição da
mesma para a resistência ao esforço transverso. Esta abordagem tem um nível de utilização
elevado devido à sua simplicidade, embora seja mais precisa, comparativamente com a
Abordagem 1 [43].
Existe uma proposta de verificação da integridade da ligação sugerida por Appleton e Costa
[17] que consiste numa simbiose das abordagens 1 e 3, efectuando-se a verificação comum a
ambas na zona de ancoragem e realizando, para as restantes zonas, tanto a restrição da
extensão do laminado, ao valor máximo de 0,65%, como das tensões de corte no interface
laminado/betão.
Fendilhação do betão após reforço
Tal como no dimensionamento de estruturas novas, é necessário determinar certos aspectos
como flechas e abertura de fendas para os estados limite de serviço. Neste caso, e com
especial interesse para este trabalho, apresenta-se os modo de determinação da abertura de
fendas tendo em conta a adição do sistema de reforço. O cálculo da abertura de fendas
assume o mesmo princípio da expressão (2.2-1), obtendo o produto do espaçamento entre
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
47
fendas com a extensão média relativa entre o betão e as armaduras, sendo que neste caso é
necessário fazer alterações na determinação de ambos estes factores de modo a
contemplarem a presença dos laminados de CFRP. A extensão média relativa entre o betão e
as armaduras é substituída pela extensão ao nível das armaduras de tracção, , que se
calcula da seguinte forma,
(2.3-15)
onde ou , sendo o braço entre os conjuntos de forças e
. Relativamente ao espaçamento entre fendas, é utilizado o seu valor médio,
determinado através da seguinte expressão,
(2.3-16)
sendo e , que correspondem aos valores médios das tensões de
aderência das armaduras e do laminado, respectivamente. Já e correspondem ao
perímetro de ligação das armaduras e do laminado, respectivamente, e
representa um
parâmetro de ligação que pode ser calculado através da seguinte expressão,
(2.3-17)
onde
corresponde ao diâmetro médio das armaduras. Assim sendo, e assumindo que a
deformação inicial do betão, , é nula, a fórmula de cálculo da abertura de fendas adopta a
seguinte forma:
(2.3-18)
Com base nesta expressão, é possível determinar a largura mínima do laminado que faça com
que uma determinada abertura de fendas não seja ultrapassada, apresentando-se de seguida
uma expressão para uma abertura de fendas de 0,3 mm [40]:
(2.3-19)
Estado da arte
48
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
49
3 Programa experimental
3.1 Objectivos
O programa experimental realizado tem como intuito o estudo do efeito da reparação, por
injecção de resinas nas fendas, no comportamento de vigas reforçadas com laminados de
CFRP. Dada a ausência de estudos e resultados concretos neste âmbito, a campanha
experimental centra-se na rotura por flexão de vigas de betão armado que tenham sido
fendilhadas, reparadas e posteriormente reforçadas e vigas apenas fendilhadas e reforçadas.
Assim sendo, pretende-se retirar destes ensaios resultados que permitam tirar conclusões
acerca da possibilidade de optimização deste processo de reforço.
3.2 Plano de ensaios
Como foi mencionado, os objectos de análise desta campanha experimental consistem em
vigas de betão armado que foram sujeitas à fendilhação por flexão. No total, foram ensaiadas
seis vigas de betão armado, tendo estas vigas sido sujeitas a tratamentos distintos e que se
descrevem de seguida:
Duas vigas padrão, para caracterização do desempenho das mesmas sem qualquer
tratamento – vigas V1 e V2;
Duas vigas sujeitas a um carregamento de fendilhação e apenas reforçadas através
da colagem de laminados de CFRP – vigas V3 e V4.
Duas vigas sujeitas a um carregamento de fendilhação, posteriormente reparadas com
injecção de resinas nas fendas e finalmente reforçadas através da colagem de
laminados de CFRP – vigas V5 e V6;
De modo a que estas vigas fossem submetidas às condições indicadas delineou-se um
conjunto de etapas na campanha experimental que foram executadas pela seguinte ordem:
1. Ensaio à rotura por flexão das vigas V1 e V2;
2. Aplicação de carga nas vigas V3 a V6 para fendilhação;
3. Reparação das vigas V5 e V6 com injecção de resinas (em carga);
4. Descarga e colagem dos laminados de CFRP nas vigas V3 a V6;
5. Ensaio à rotura por flexão das vigas V3 a V6;
Apesar de ser de certa forma possível determinar analiticamente o comportamento do betão
armado, nomeadamente ao nível das cargas de cedência das armaduras, cargas de rotura,
flechas ou aberturas de fendas, os resultados obtidos experimentalmente nem sempre
Programa experimental
50
correspondem às previsões. Não só com este facto em mente, mas também para se avaliar
com mais rigor o comportamento real das vigas, optou-se por ensaiar inicialmente duas vigas
padrão à rotura por flexão. Com base nos resultados observados nas vigas padrão,
determinou-se um patamar de carregamento, utilizado nas restantes vigas, que provocaria uma
abertura de fendas que justificasse a necessidade de injecção de resinas. Relativamente à
aplicação do reforço por colagem dos laminados de CFRP, esta operação estaria mais perto de
uma situação real caso esta tivesse ocorrido com a viga sujeita a carregamento. No entanto, tal
procedimento acarretaria gastos consideravelmente superiores em termos temporais e de mão-
de-obra. Encontrando-se, por fim, as restantes quatro vigas reforçadas, procedeu-se ao ensaio
final das mesmas até à rotura.
De carácter complementar e para controlo dos materiais utilizados, foram fabricados provetes
de betão e de aço, utilizados no fabrico das vigas, para determinação da resistência mecânica
destes materiais. Para tal, foram realizados os seguintes ensaios:
Cubos de betão - Resistência à compressão;
Cilindros de betão – Resistência à tracção por compressão diametral;
Varões de aço – Resistência à tracção.
3.3 Materiais e equipamento
As vigas ensaiadas são constituídas por betão da classe C20/25 e por armaduras da classe
A500 NR. O comprimento total das vigas é de 3,30 metros, sendo observável a geometria da
secção transversal e a disposição das armaduras no seu interior nas Figuras 3.1 e 3.2.
Relativamente ao recobrimento utilizado, este assumiu o valor de 2,0 cm, excepto na superfície
superior onde o recobrimento é de aproximadamente 4,0 cm.
Figura 3.1 - Geometria da secção transversal das vigas
Figura 3.2 - Pormenorização das armaduras
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
51
Como em várias construções de betão armado, utilizou-se madeira para cofragens, sendo
estas visíveis na Figura 3.3. Já na Figura 3.4 observa-se a viga, após o período de cura, pronta
a ser ensaiada.
Figura 3.3 - Cofragens com as armaduras das vigas
Figura 3.4 – Viga de betão armado pronta para ensaio
Para os provetes de betão, os cubos apresentam uma aresta de 15 centímetros e os cilindros
possuem uma base de 15 centímetros de diâmetro e 30 centímetros de altura.
No processo de injecção de resinas, aplicou-se a resina epóxida Sikadur®-52 Injection da
marca SIKA, que consiste numa resina de alta resistência e baixa viscosidade de dois
componentes, desenvolvida para o preenchimento de fissuras em betão, argamassa, pedra,
aço e madeira. No entanto, é no betão que esta resina possui uma maior eficácia na
recuperação do monolitismo do elemento fendilhado. Na Tabela 3.1 apresentam-se as
principais características físicas e mecânicas desta resina, sendo visível nas Figuras 3.5 e 3.6
as embalagens de ambos os componentes da resina para mistura.
Tabela 3.1 - Propriedades físicas e mecânicas da resina aplicada na injecção [47]
Sikadur®-52 Injection
Massa volúmica 1,1 g/cm3
Viscosidade
1200 mPa.s para +30ºC
430 mPa.s para +20ºC
220 mPa.s para +10ºC
Coeficiente de dilatação térmica 8,9 x 10-6
m/m/ºC
Resistência à compressão 52 MPa (após 7 dias a 23ºC)
Resistência à tracção 37 MPa (após 7 dias a 23ºC)
Tensão de aderência > 4 MPa (ruptura no betão)
Módulo de elasticidade 1,8 GPa (após 7 dias a 23ºC)
Pot-life
10 minutos para +30ºC
25 minutos para +20ºC
80 minutos para +10ºC
Programa experimental
52
Para o preenchimento dos orifícios resultantes da operação de injecção, foi aplicada uma
argamassa Emaco S88 tixotrópica da marca BASF, visível na Figura 3.7. Esta é uma
argamassa à base de cimento, que apresenta uma boa compatibilidade com o betão e possui
aditivos especiais e fibras sintéticas de poliacrilonitrilo.
Figura 3.7 - Argamassa Emaco S88
Os materiais utilizados no sistema de reforço de CFRP pertencem à marca S&P, sendo que se
utilizou no total cerca de 10 metros de laminado S&P Laminates CFK 150/2000 com a secção
transversal de dimensões 80 x 1,4 mm2, sendo que o rolo de laminado fornecido apresenta-se
na Figura 3.8. Segundo o fabricante, o laminado apresenta as características mencionadas na
Tabela 3.2.
Tabela 3.2 - Propriedades físicas e mecânicas do laminado de CFRP [48]
S&P Laminates CFK 150/2000 – 80 / 1,4
Área de secção 112 mm2
Módulo de elasticidade (médio) 165 GPa
Força / Tensão de tracção para extensão de 0,6% 112,0 kN / 1000 MPa
Força / Tensão de tracção para extensão de 0,8% 145,6 kN / 1300 MPa
Figura 3.5 – Embalagem do componente A de Sikadur
®-52 Injection
Figura 3.6 – Embalagem do componente B de Sikadur
®-52 Injection
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
53
Para a colagem estrutural dos laminados foi utilizada a resina S&P Resin 220 epoxy adhesive,
ou seja, uma resina epóxida desenvolvida para colagem de laminados de CFRP, também
distribuída em dois componentes para mistura, como é visível na Figura 3.9. Esta resina pode
ser utilizada para colagem dos laminados em betão ou em aço e possui as vantagens de ser
tixotrópica, logo não escorre ou goteja, e possui uma retracção muito reduzida após a cura. As
propriedades desta resina podem ser observadas na Tabela 3.3.
De notar que as fichas técnicas dos vários materiais referidos (Sikadur®-52 Injection, Emaco
S88, S&P Laminates CFK e S&P Resin 220) podem ser observadas nos Anexos, onde é feita
uma descrição mais detalhada das suas características e métodos de aplicação.
Figura 3.8 - Rolo de laminado de CFRP Figura 3.9 - Embalagem da resina de colagem
Tabela 3.3 - Propriedades da resina de colagem dos laminados [49]
No que toca ao equipamento utilizado nas operações mencionadas anteriormente, há que dar
destaque à bomba e injectores utilizados na operação de injecção das resinas. No que toca à
bomba usada, esta era monocomponente e a pressão era originada por acção manual, como
se pode ver na Figura 3.10. Relativamente aos injectores, estes eram de fixação mecânica, do
tipo MPS, com um comprimento de 115 mm e um diâmetro de 13 mm (Figura 3.11).
Nas operações de betonagem, reparação e reforço foram também utilizados outros
equipamentos e ferramentas que, por possuírem uma menor relevância para este trabalho,
serão apenas mencionadas no procedimento experimental dos ensaios.
S&P Resin 220
Massa volúmica 1,75 g/cm3
Resistência à tracção > 30 MPa
Resistência à compressão > 90 MPa
Tensão máxima de aderência > 3 MPa (na colagem ao betão e aos laminados)
Pot life > 60 minutos para +20ºC
Programa experimental
54
Figura 3.10 - Bomba manual monocomponente de injecção
Figura 3.11 - Injector de fixação mecânica
Durante os ensaios às vigas de betão armado foi utilizado uma série de equipamentos, tanto
para carregamento como para aquisição de dados. É preciso referir que para as diferentes
fases dos ensaios foi, por vezes, necessário utilizar equipamentos diferentes para a mesma
função, consoante a disponibilidade dos mesmos.
A aquisição das diferentes leituras efectuadas durante o carregamento foi feita com recurso ao
aparelho UPM 100, da marca HBM, nos ensaios às vigas padrão, e com o aparelho Spider8, do
mesmo fabricante, para os restantes ensaios.
O carregamento das vigas foi realizado com um macaco hidráulico Enerpac (Figura 3.12) com
capacidade de carga de 30 toneladas, que se encontrava ligado a uma unidade de pressão da
marca Walter & Bai AG. (Figura 3.13). A leitura da carga aplicada nas vigas foi levada a cabo
por uma célula de carga Novatech (aparelho vermelho da Figura 3.12) com uma capacidade de
40 toneladas.
Em cada ensaio foram utilizados 3 deflectómetros eléctricos para medição da deformação da
viga em diferentes pontos, sendo que, no total, foram utilizados 8 deflectómetros diferentes
devido a razões já mencionadas. Contam-se neste conjunto, 3 deflectómetros TML 25, 1
deflectómetro TML 50 (Figura 3.14), 1 deflectómetro TML 100, 2 deflectómetros HS-50 e um
deflectómetro HS-100. Os diferentes equipamentos utilizados são enumerados na Tabela 3.4.
Tabela 3.4 - Características dos equipamentos de medição
Equipamento Modelo Nº Série Sensibilidade Capacidade
Célula de carga Novatech F203 14328 0,916 mV/V 400 kN
[44] ACI 440 2R-08, “Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP
Systems for Strengthening Concrete Structures”, American Concrete Institute, 2008.
[45] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “Design Guide Line for S&P FRP Systems”,
Ficha Técnica. 2007.
[46] Technical Report 55, “Design guidance for strengthening concrete structures using fibre
composite materials”, The Concrete Society, 2004.
[47] SIKA Portugal, S.A., “Sikadur®-52 Injection – Resina de epoxi de baixa viscosidade para
injecções”, Ficha de produto, Julho 2007.
[48] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “S&P Laminates CFK”, Ficha de produto,
Julho 2007.
[49] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “S&P Resin 220 epoxy adhesive – Two
component epoxy-resin based adhesive for S&P FRP Systems”, Ficha de produto,
Janeiro 2008.
[50] European Committee for Standardization (CEN), “EN12390-2 – Testing Hardened
Concrete – Part 2: Making and curing specimens for strength tests”, CEN, Brussels,
October 2000.
[51] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “Guide for the application of S&P FRP
Systems”, Ficha Técnica, Outubro 2006.
[52] ASTM International, “ASTM C496 / C496-11 Standard Test Method for Splitting Tensile
Strength of Cylindrical Concrete Specimens” Vol. 04.02, 2011.
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
121
6 Anexos
A. Sikadur®-52 Injection
Anexos
122
Ficha de Produto Edição de Julho de 2007 Nº de identificação: 6.32 Versão nº 7 Sikadur®-52 Injection
1/3 Sikadur®-52 Injection
Construction
Sikadur®-52 Injection Resina de epoxi de baixa viscosidade para injecções
Descrição do produto
Sikadur®-52 Injection é um fluído de baixa viscosidade para injecção, à base de
resinas epoxi de elevadas resistências, em dois componentes e sem solventes.
Utilizações � Como resina de injecção em betão, argamassa, pedra, aço e madeira. � Enchimento e selagem de cavidades e fissuras em elementos estruturais como
pilares, vigas, fundações, lages e estruturas em betão para contenção de água. � Forma uma barreira eficaz contra a infiltração de água. � Reconstituição monolítica de estruturas em betão através de colagem estrutural.
Características / Vantagens
� Isento de solventes. � Pode ser utilizado sobre superfícies secas ou húmidas. � Aplicável a baixas temperaturas. � Endurece sem retracção. � Altas resistências mecânicas e elevada aderência. � Duro mas não quebradiço. � Muito baixa viscosidade – elevada capacidade de penetração. � Injectável com bombas monocomponentes.
Certificados / Boletins de ensaio
Cumpre os requisitos da norma ASTM C 881-78, tipo 1, grau 1, classe B+C.
O produto conserva-se durante 2 anos a partir da data de fabrico, na embalagem original não encetada. Conservar em local seco e ao abrigo da luz solar directa.
Dados técnicos
Base química Resina de epoxi modificada.
Massa volúmica Componente A: Aprox. 1,1 kg/dm3 (a +20 ºC).
Componente B: Aprox. 1,0 kg/dm3 (a +20 ºC).
Mistura A+B (2:1): Aprox. 1,1 kg/dm3 (a +20 ºC).
Viscosidade Temperatura Mistura A+B (2:1)
+10 ºC Aprox. 1200 mPa.s
+20 ºC Aprox. 430 mPa.s
+30 ºC Aprox. 220 mPa.s
2/3 Sikadur®-52 Injection
Coeficiente de dilatação térmica
Aprox. 89 x 10-6, por ºC (de -20 ºC a +40 ºC). (EN ISO 1770)
Propriedades físicas / Mecânicas
Resistência à compressão
Aprox. 52 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (ASTM D 695-96)
Resistência à flexão Aprox. 61 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (DIN 53452)
Resistência à tracção Aprox. 37 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (ISO 527)
Tensão de aderência Sobre betão: (DafStb-Richtlinie, parte 3)
> 4 N/mm2 (ruptura coesiva no betão, após 7 dias a +23 ºC).
Módulo de elasticidade, E Aprox. 1800 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (estático) (DIN 53452)
Informações sobre o sistema
Pormenores de aplicação
Consumo 1 kg de Sikadur®-52 Injection equivale aproximadamente a 1 l de resina de injecção.
Preparação da base Requisitos da base: Deve estar sã, limpa, sem óleos ou gorduras, e sem resíduos de antigos revestimentos de protecção.
Preparação para uma boa aderência: Betão, argamassa e pedra devem ser lavados com jacto de água de alta pressão ou outro método mecânico adequado (lixagem, picagem, etc.). As fissuras devem ser limpas com ar comprimido para remoção integral de poeiras.
Condições de aplicação / Limitações
Temperatura da base e ambiente
Mínima: +5 ºC. / Máxima: +30 ºC.
Humidade da base A base pode estar húmida mas sem água visível.
Instruções de aplicação
Relação de mistura Componente A : B = 2 : 1 (partes em peso ou em volume).
Mistura Embalagens pré-doseadas: Adicionar todo o componente B ao componente A. Misturar durante pelo menos 3 minutos com um misturador eléctrico de baixa rotação (máx. 250 rpm). Evitar a introdução de ar durante a mistura.
Aplicação Fissuras em planos horizontais: Aplicar o produto sobre a fissura com um pincel até à saturação ou vazar Sikadur
®-
52 Injection sobre a fissura, delimitando a área de vazamento com duas “barreiras” feitas com Sikaflex
®. As fissuras que atravessem toda a espessura da estrutura
devem ser seladas pela face inferior com Sikadur®-31 CF ou com argamassas Sika
®
de base cimentosa.
3/3 Sikadur®-52 Injection
Fissuras em planos verticais: Sikadur
®-52 Injection pode ser injectado sob pressão em fissuras utilizando bombas
de injecção monocomponentes, como p. ex. Aliva AL-1200 ou AL-1250. Os injectores devem ser colocados espaçados em 25 cm e a fissura deve ser selada superficialmente com Sikadur
®-31 CF, de forma a evitar fugas de resina durante o
processo de injecção. As fissuras devem ser injectadas de baixo para cima. Assim que a resina refluir pelo segundo injector, deve selar-se o primeiro e continuar o processo de injecção pelo seguinte. Findo o processo de injecção e após polimerização (24 horas, a 20ºC), remover os injectores e o material de selagem.
Limpeza de ferramentas Limpar imediatamente após utilização com Soluto de Limpeza Colma. O material endurecido só pode ser removido mecanicamente.
Tempo de vida útil da mistura (pot-life)
Temperatura Pot-life (1 kg de mistura A+B)
+5 ºC Aprox. 120 minutos
+10 ºC Aprox. 80 minutos
+20 ºC Aprox. 25 minutos
+30 ºC Aprox. 10 minutos
+40 ºC -
Importante Largura máxima das fissuras a injectar: 5 mm. Sikadur
®-52 Injection é adequado para utilização sobre bases húmidas ou secas,
mas não é possível utilizar na presença de água.
Nota Todos os dados técnicos referidos nesta Ficha de Produto são baseados em ensaios laboratoriais. Ensaios realizados noutras condições para determinação das mesmas características podem dar resultados diferentes devido a circunstâncias que estão fora do nosso controlo.
Risco e segurança
Medidas de segurança Sikadur®-52 Injection é inerte e inócuo depois de curado.
No estado líquido, o componente B pode causar irritação em pessoas com pele sensível. Usar luvas e óculos de protecção. Se a pele for contaminada, lavar com água e sabão e com uma solução de vinagre. Se por acidente Sikadur
®-52 Injection salpicar para os olhos, lavar de imediato com
muita água limpa e morna e consultar o médico imediatamente. Para mais informações, consultar a Ficha de Dados de Segurança do produto e respectivo rótulo.
"O produto está seguro na Cª Seguros XL Insurance Switzerland (Apólice nºCH00003018LI05A), a título de responsabilidade civil do fabricante".
A informação e em particular as recomendações relacionadas com aplicação e utilização final dos produtos
Sika, são fornecidas em boa fé e baseadas no conhecimento e experiência dos produtos sempre que
devidamente armazenados, manuseados e aplicados em condições normais, de acordo com as
recomendações da Sika. Na prática, as diferenças no estado dos materiais, das superfícies, e das condições
de aplicação em obra, são de tal forma imprevisíveis que nenhuma garantia a respeito da comercialização ou
aptidão para um fim em particular, nem qualquer responsabilidade decorrente de qualquer relacionamento
legal, poderão ser inferidas desta informação, ou de qualquer recomendação por escrito, ou de qualquer
outra recomendação dada. O produto deve ser ensaiado para aferir a adequabilidade do mesmo à aplicação
e fins pretendidos. Os direitos de propriedade de terceiros deverão ser observados. Todas as encomendas
aceites estão sujeitas às nossas condições de venda e de entrega vigentes. Os utilizadores deverão sempre
consultar a versão mais recente da nossa Ficha de Produto específica do produto a que diz respeito, que
será entregue sempre que pedida.
Construction
Sika Portugal, SA R. de Santarém, 113 4400-292 V. N. Gaia Portugal
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
127
B. Emaco S88
Anexos
128
Emaco S88 Tixotrópico Argamassa de elevada compatibilidade com o betão, para repara-ções estruturais. Descrição EMACO S88 Tixotrópico é uma argamassa à base de cimento, agregados seleccionados, aditivos especiais e fibras sintéticas de poliacrilonitrilo. Campos de aplicação • Aplicável em interiores, exteriores, na vertical e na hori-
zontal. • Reparações em elementos estruturais (vigas de betão
armado ou pré-esforçado sob acção de cargas estáticas ou dinâmicas).
• Reparação de qualquer tipo de betão deteriorado. • Trabalhos de manutenção em portos e outras obras marí-
timas. • Trabalhos de manutenção em indústrias mecânicas,
nomeadamente em presença de óleos minerais, lubrifi-cantes, etc.
• Protecção do betão contra a agressividade da água con-tendo sulfatos e cloretos, etc.
Para outras aplicações contactar a BASF C. C. Portugal. Vantagens • Elevadas resistências mecânicas, tanto iniciais como
finais. • Retracção compensada. • Tixotrópico • Não contém cloretos nem agregados metálicos. • Boa trabalhabilidade. Sem exsudação • Elevada aderência ao betão com ponte de união. • Excelente durabilidade em ambientes agressivos. • Pronto a usar apenas necessita de ser misturado c/ água. • Reduzida absorção de água por capilaridade • Elevada impermeabilidade. • Permeável ao vapor de água • Elevada resistência à carbonatação • Elevada compatibilidade dimensional com o betão • Elevada compatibilidade química e electroquímica com o betão.
Características técnicas
Densidade da argamassa: aprox. 2,2 g/cm3 Água de amassadura aprox.: 3,8 l / saco 25 Kg Temperatura de aplicação (supor-te e material):
+5 a +30ºC
Tempo de maturação: aprox. 3 min. Tº de trabalhabilidade: aprox. 60 min. Espessuras aplicáveis: 10 a 40 mm Absorção capilar, UNE-EN 13057:
< 0,5 Kg/m2/h0,5
Resistência à carbonatação, UNE-EN 13295:
< 1 mm (betão padrão 4,8)
Conteúdo de cloretos, UNE-EN 1015-17:
< 0,05 %
R. à compressão, UNE-EN 12190 após 1 dia: após 7 dias: após 28 dias:
aprox. 25 N/mm2
aprox. 55 N/mm2
aprox. 70 N/mm2 R. à flexotracção, UNE-EN 12190
após 1 dia: após 7 dias: após 28 dias:
aprox. 5 N/mm2
aprox. 9 N/mm2
aprox. 10 N/mm2
BASF Construction Chemicals Portugal, S.A. Sede: R. de S. Sebastião, 57 - Cabra Figa - 2635-047 RIO DE MOURO - T. 21 915 85 50 - F. 21 915 88 63
D. Norte: R. do Comércio, lote 185 - 4785-706 TROFA - T. 252 450 885 - F. 252 413 720 www.basf-cc.pt
M. elasticidade após 28 dias, UNE-EN 13412:
aprox. 32.000 N/mm2
Aderência ao betão, UNE-EN 1542:
> 2,2 N/mm2
Aderência ao betão após ciclos térmicos, UNE-EN 13687:
> 2,2 N/mm2
Expansão, UNE-EN 12617-4: < 0,08%
Retracção, UNE-EN 12617-4: < 0,08 %
Tempos de endurecimento obtidos a 22ºC e 65% de H.R. com excepção daqueles resultados que indicam parâmetros diferentes. Temperaturas superiores e/ou humidades infe-riores podem reduzir estes tempos e vice-versa. Os dados técnicos são fruto de resultados estatísticos e não represen-tam mínimos garantidos. Modo de aplicação Preparação da base: a superfície de aplicação deverá estar sã, firme (resistência à tracção mínima de 1 N/mm2) e livre de óleos, gorduras, pinturas antigas, descofrantes e produ-tos de cura. A leitada e o betão deteriorado devem ser eli-minados por meios mecânicos, até obter uma superfície com irregularidades de pelo menos 5 mm, com o objectivo de proporcionar à argamassa a aderência necessária. A decapagem deve ser suficiente para conseguir uma pro-fundidade de reparação com o mínimo de 1 cm. Se a pro-fundidade de reparação é superior a 20 mm deve fixar-se uma malha electrosoldada no betão a tratar, deixando um espaço entre ambos através de separadores. Se o enchi-mento é inferior a 20 mm não é necessária a colocação da malha. No caso de existirem armaduras à vista deverão ser deca-padas com jacto de areia e deverá ser aplicada protecção anti-corrosiva LEGARAN. Se se utiliza LEGARAN como ponte de união é necessário que o suporte esteja seco. Ponte de união: para assegurar a boa aderência do EMACO S88 TIXOTRÓPICO, pode aplicar-se uma ponte de união como REPAHAFT (sobre suportes húmidos) ou LEGARAN (sobre suportes secos). O EMACO S88 TIXOTRÓPICO deve aplicar-se sobre a ponte de união fresca, ou seja antes de 30 min. no caso do REPAHAFT e antes de 3 h no caso do LEGARAN. A aplicação de ponte de união não é imprescindível em aplicações por projecção. Mistura: juntar o produto à água correspondente, pouco a pouco, misturando com agitador tipo M34 ou betoneira ade-quada, durante no mínimo 4 minutos até obter uma arga-massa homogénea e sem grumos. Colocação da argamassa: depois de amassado, o EMACO S88 TIXOTRÓPICO pode aplicar-se com talocha ou por projecção. No caso da aplicação sobre ponte de união deve
realizar-se enquanto esta estiver fresca. Compactar e/ou alisar de acordo com o tipo de aplicação. Não juntar mais água à argamassa que tenha perdido a sua consistência uma vez que perderia as suas propriedades No caso de serem aplicadas várias camadas de argamassa deve aplicar-se a segunda antes que termine a presa da primeira ou lixar a superfície endurecida e aplicar ponte de união. Cura: as argamassas hidráulicas devem ser curadas com água ou aplicação de um produto de cura da gama BASF para evitar a evaporação da água de hidratação. A cura é imprescindível em quaisquer condições ambientais, deven-do ser incrementada em caso de sol, vento ou tempo seco. Limpeza de ferramentas: A limpeza pode ser feita com água, enquanto o produto estiver fresco. Depois de endurecido só pode ser removido mecanicamente. Rendimento / Dosagem O consumo é de aproximadamente 2,2 Kg de argamassa amassada por m2 e mm de espessura (aprox. 1,8 kg de argamassa seca por m2 e mm de espessura). Este consu-mo é teórico e depende da rugosidade do suporte devendo ser ajustado a cada obra em particular através da realiza-ção de ensaios. Embalagem e armazenamento EMACO S88 TIXOTRÓPICO é fornecido em sacos de 25 Kg. Armazenar em local fresco e seco, nas embalagens ori-ginais fechadas até 12 meses aproximadamente. Precauções de segurança Este produto contém cimento que ao reagir com a água e/ou humidade forma produtos alcalinos. Salpicos desta mistura podem provocar irritações na pele e/ou queimadu-ras nos olhos e mucosas. Para a sua manipulação deve usar-se protecção para os olhos. Não é um produto de transporte rodoviário perigoso. Deve ter-se em conta • Não aplicar sobre bases a temperaturas inferiores a
+5°C ou superiores a +30°C. • Não adicionar cimento, areia ou substâncias que possam
afectar as propriedades do material. • Não adicionar mais água nem reamassar a argamassa
que tenha perdido a sua consistência. • Não é aconselhável a utilização de jacto de areia uma
vez que com este método não se conseguirá a irregulari-dade mínima de 5 mm na superfície.
Não aplicar em zonas submetidas a contaminação por sul-fatos. Nestas circunstâncias aplicar produtos do Sistema Kana.
Revisão 0 em Outubro de 2006 A presente Ficha Técnica perde a sua validade com a emissão de uma nova edição. O aconselhamento técnico sobre como usar os nossos produtos, verbal ou de forma escrita, é baseado nos nossos melhores conhecimentos científicos e práticos. Não são assumidas quaisquer garantias e/ou responsabilidades em relação aos resultados finais dos trabalhos executados. O dono de obra, o seu representante ou o empreiteiro, devem verificar a adequabilidade dos nossos produtos aos usos e finalidades pretendidas, bem como as dosagens e consumos.
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
Recommended tensile strength for the design: 2050 N/mm2
10 / 1.4 * 14 28.7 kN 20 / 1.4 * 28 57.4 kN
*) Upon request, only larger quantities!
• Delivery Rolls of 100 m, 150 m or cut to size. An unwinding reel is available upon request. Special dimensions upon request.
• Application S&P Laminates CFK are used as externally bonded reinforcement for flexural strengthening of load-bearing elements made of RC-structures, wood and natural stone.
• Application areas
Retrofitting of RC-structures to new requirements: - Modifications in the static system - Increase of working load
Enhancement of the performance capability: - Reduction of deflection - Absorbing of vibrations - Seismic retrofitting
Repairs to defective RC-structures: - Damage caused by corrosion - Accidents, e.g. fire, impact, explosion, etc. - Planning and execution errors
• Advantages
- Low dead weight - Low application thickness - Economical application without lifting gear or placing and support devices - Very high strength - High modulus of elasticity - Excellent fatigue behaviour - Corrosion resistance - Can be coated with paints
• Special CFK laminates, e.g. with a modulus of elasticity of 300,000 N/mm2, are
available upon request. However, the application of these high modulus laminates is not economical as the utilisation of their tensile strength is only marginal.
As of all other technical indications and information provided by us, the only purpose of this data sheet is to describe the nature of this product, as well as its possible applications and fields of use. However, it does not guarantee certain properties of this product or its suitability for a determined purpose of application; furthermore, the directions for use given in this data sheet are not complete. Since this data sheet is subject to modification, it is the duty of our clients to ensure that they refer to the latest version. The updated data sheets can be obtained at all times from all our locations. In addition, the current general terms of business are applicable.
www.sp-reinforcement.eu
Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento
de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP
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D. S&P Resin 220
Anexos
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S&P Resin 220 epoxy adhesive Two-component epoxy resin-based adhesive for S&P FRP Systems 01/08 Areas of application • pressure-bonding • S&P laminates CFK on concrete and steel Product description S&P Resin 220 epoxy adhesive is a solvent-free, thixotropic, grey two-component epoxy resin adhesive that has been specially developed for bonding carbon fibre laminates (S&P laminates CFK). The material characteristics of the fresh and hardened adhesive are designed specifically to satisfy the special requirements of the S&P structural component reinforcement system. The adhesive has been system-tested as a compound for the FRP Lamella dimensioning software. Advantages • ready-to-use (no need to add filler) • convenient pot life • high adhesive strength and bond strength • thixotropic, so does not run or drip • bonds to damp substrates • high mechanical strength • hardens with minimum shrinkage • solvent-free Substrate preparation Reinforcement may only take place if the substrate for the laminates CFK has an inherent tensile strength of at least 1.5 N/mm². The substrate must be free from substances which may impair adhesion (oil, grease, wax, etc.), and must additionally be dust-free, clean, more or less dry and sound. Max. substrate humidity: 4 % Age of concrete depending on climate: at least 3 to 6 weeks. Important points When reinforcing structural components with the S&P FRP System, it must be possible to transmit the tensile forces from the laminates to the load-bearing substrate through the adhesive. Mechanical processing (cleaning) of the substrate is therefore always essential. The usual methods, such as grinding, milling, sandblasting, etc, may be used. Any unevenness in the substrate must be eliminated before the laminates CFK are fitted. This operation is essential to prevent any deflection forces arising under tension. Variation in level must not exceed 0.5 cm over a length of 200 cm. Suitable material: S&P Resin 230 levelling mortar. Application Mixing: Stir the individual components separately and then add component A to component B and mix thoroughly until the colour is uniformly grey and free of any streaks. Place the mixed material in a different container in order to reveal any inadequacies in the mix. Mix slowly to minimise air inclusions. Mixing ratio: Comp. A : Comp. B = 4 : 1 by weight and volume Pot life approx. 60 minutes at +20 °C Before the adhesive is applied, the surface of the laminate must be cleaned with a cloth soaked in S&P Cleaner. Where appropriate, first apply a layer of adhesive onto the substrate with a spatula to a thickness of approx. 1 mm. Apply adhesive uniformly onto the laminate in a "roof" shape in a layer approx. 2 mm thick.
Within the time the adhesive remains workable, press the laminate into the layer of adhesive previously applied and bed it in uniformly with a pressure roller until adhesive is pressed out of the joint on both sides. Residual minimum adhesive thickness: 1 mm, maximum thickness: 3 mm. Important points Adhesive is best applied to the laminate using a special gluing set. After the adhesive has hardened, check for bonding over the entire area by tapping. Fire protection requirements must be complied with, as epoxy adhesives generally have limited temperature resistance. The surface of the laminates may be painted over to ensure visual uniformity. Cleaning Material which has not yet hardened can be washed off with S&P Cleaner. Material which has hardened can be removed only by mechanical means. Safety instructions Please refer to the safety, hazard and disposal instructions in the safety data sheet and on the container label. Consumption Approx. 1.75 kg/m²/mm Technical data Form Paste Comp. A and B Colour light grey Comp. A black Comp. B Density approx. 1.75 g/cm³ Comp. A approx. 1.75 g/cm³ Comp. B approx. 1.75 g/cm³ A+B mixed Mixing ratio. A:B 4 : 1 by weight 4 : 1 by volume Glass transition temperature > 56 °C Pot life > 60 minutes at +20 °C Bending tensile strength > 30 N/mm² Compression strength > 90 N/mm² Adhesive strength > 3 N/mm² on concrete; 3 days; 20°C > 3 N/mm² on S&P laminates CFK > 2 N/mm² on S&P Resin 230 levelling mortar Availability 5 kg and15 kg (A+B) units Application temperature and storage May be used from +10° C to +35° C Substrate temperature must be at least 3° C above dewpoint temperature. Components A + B May be stored for 1 year Store between +5° C and +25° C Homogenise before use; slowly warm up and homogenise frozen or supercooled material.
Bond behaviour Bonding tests with S&P Resin 220 and S&P laminates CFK, surface-bonded onto concrete components: TU Kassel Germany EIA Fribourg, Switzerland TU Braunschweig Germany CHUNGBUK National University Korea TU Lisbon Portugal and others Fig. 1: Experimental investigation of bonded areas A (end of laminate) and B (between two cracks). Fig. 2: Simulation of the different shear stresses on S&P Resin 220 adhesive. Fig. 3: Determination of the bond stresses for a 2-mm thick layer of adhesive. The dimensioning models for the software FRP Lamella are based on bond tests using S&P Resin 220 adhesives and S&P laminates CFK. Detailed test reports can be obtained from the S&P Clever Reinforcement Company. As of all other technical indications and information provided by us, the only purpose of this data sheet is to describe the nature of this product, as well as its possible applications and fields of use. However, it does not guarantee certain properties of this product or its suitability for a determined purpose of application; furthermore, the directions for use given in this data sheet are not complete. Since this data sheet is subject to modification, it is the duty of our clients to ensure that they refer to the latest version. The updated data sheets can be obtained at all times from all our locations. In addition, the current general terms of business are applicable.