Post on 02-Aug-2015
CÁLCULO DE REFORÇO DE VIGA
UTILIZANDO FIBRA DE CARBONO
1. INTRODUÇÃO
A viga é elemento fundamental em uma estrutura de concreto armado, por isso deve
ser dimensionada à resistir os esforços solicitantes atendendo assim as necessidades do
fim a que se destina.
As estruturas de concreto armado são as mais utilizadas no Brasil, desde pequenas
construções até as chamadas Obras de Arte. Sendo assim o número de ocorrências de
deficiência de estruturas de concreto armado é frequente.
Outro motivo para o grande número de ocorrência de deficiências é a falta de controle
da execução da estrutura, devido a mão de obra desqualificada, e a necessidade de atender
as grandes demandas de projetos urgentes, fazendo com que o controle nos cálculos
estruturais seja menos rigoroso em função do rendimento do trabalho.
A deficiência em um cálculo de dimensionamento de uma viga de concreto
armado pode ocasionar em comprometimento na estabilidade da estrutura chegando
a ocasionar risco de vida.
Por serem de extrema importância, na construção, esses erros devem ser tratados com
a maior urgência e responsabilidade. Quando há uma deficiência na estrutura na qual o
problema é o sub-dimensionamento da armadura tracionada, podemos em boa parte
dos casos utilizar um método de reforço com Fibra de Carbono.
O emprego desta técnica de PRFC(Polímero Reforçado com Fibra de Carbono)
como elemento de recuperação, foi impulsionado inicialmente pela necessidade de
uma alternativa ao aço em estruturas sujeitas a ambientes altamente corrosivos, e a
mudança de dimensões iniciais das peças de concreto quando reforçadas por métodos
convencionais.
2. OBJETIVOS
Este trabalho propõe o reforço de uma estrutura inovador, a fibra de carbono,
mostrando método de aplicação e noções de dimensionamento.
3. CARACTERÍSTICAS DA FIBRA DE CARBONO
As fibras contínuas, como as de carbono, tem como utilização mais comum os
reforços estruturais em sistemas compósitos (concreto armado por exemplo). As fibras
tem como papel principal colaborar com as características de resistência e espessura
podendo ser consideradas o “esqueleto” do sistema.
As fibras de carbono são provenientes da pirólise de materiais carbonáceos que
produzem filamentos de alta resistência mecânica. São conhecidas desde o século XIX.
Thomas Edison usou as fibras de carbono como filamentos as primeiras lâmpadas
incandescentes. As primeiras fibras eram feitas de utilizando-se de bambu ou algodão
enquanto as atuais têm como matéria prima básica o petróleo.
A grande utilização das fibras de carbono ocorreu após a descoberta de sua
grande resistência a tração por volta dos anos 60 do século passado.
A vantagem de sua grande resistência comparativamente ao aço, e seu alto
modulo de resistências trouxeram a possibilidade de soluções inteiramente novas para o
mercado.
A utilização das fibras de carbono na construção civil, de iniciativa recente
(aprox. 10 anos) deverá sofrer um grande incremento a partir de agora, pois as suas
características permitem soluções diferenciadas e praticamente únicas em muitos casos.
A elevada resistência a tração da mesma (aprox. 10x a do aço para a mesma
seção), alto módulo de elasticidade, rapidez na aplicação e seções reduzidas do material
transformam o produto inigualável em uma série de aplicações.
As principais aplicações são:
1- Aumento da capacidade de suporte das vigas e lajes bem como de pilares em
condições especiais, tais como:
Aumento de sobrecarga de estrutura existente para novos equipamentos ou
mudança de utilização;
Recomposição para a carga de projeto prevista inicialmente em caso de erros de
projetos e/ou execução;
Reforços em áreas que não se pode alterar o pé direito da construção pois as sua
dimensões são mínimas (menos de 1 cm);
Reforços em tanques e caixas d’águas circulares;
Reforços em ponte e viadutos.
4.JUSTIFICATIVA
O procedimento adotado foi o de colagem da fita de fibra de carbono com resina
epóxi na peça de concreto a ser reforçada por 2 motivos:
1- Trata-se de uma inovadora técnica de reforço estrutural onde o material apresenta
uma excelente resistência a tração .
2- A mudança no pé direito implicaria em um enorme desconforto para o cliente, pois o
mesmo já estava com 2,40 m.
4.0 DADOS
Figura 1 : PLANTA BAIXA
Figura 2 :
Figura 3:
5. CALCULOS
5.1 CÁLCULO RESISTENTE DA SEÇÃO ORIGINAL SEM O PILAR P2
• Equação Rcd = Rsd
As x fyd = 0,85 x bw x y x fcd
Y = 15,93 cm
• Equação Md = Rsd x z
Md= As x fyd x (d-0,5y)
Md = 108,5 KN .m
• Mk resist = Md L 1,4
Mk resist = 77,5 KN.m = 7,75 t.m
7,75 < 18, 73
CONCLUSÃO : HÁ NECESSIDADE DE REFORÇO
5.2 DEFORMAÇÕES INICIAIS
Md = Rcd x Z
Md= bw x 0,85 x fcd x y(d-0,5y)
Y = 0,80cm portanto X = 1cm
Rcd = 0,85 x bw x y x fcd
Rcd = 19,43 KN
σ sd = Rcd L As
σ sd = 2,18 KN L cm²
εsi = σ sd L 2,1x10⁴
εsi = 1,03x10 -⁴
εti= εsi x (h – x ) L (d – x )
εti = 1,30 x 10 - ⁴
5.3 DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO
Dado o diagnostico de necessidade de reforço na estrutura, avalia-se a viabilidade do
projeto, escolhendo o melhor material para a solução adotada e em consequência o
método de aplicação, partindo para o projeto e execução do reforço.
Devido ao seu comportamento excelente e suas características de suportar os
esforços solicitados, o compósito de fibra de carbono é usado em varias condições e
tipos de reforços, afim de solucionar as mais diversas situações a ele impostas.
Md = Rdc x Z
Md= bw x 0,85 x fcd x y(d-0,5y)
Md= 18,73 t.m
Y= 3,14cm portanto X= 3,93cm
εs= εc x ( d – x ) L x
εs= 0,028
εt= εs x ( h – x ) L ( d – x )
εt= 0,031
εf= εt – εti
εf= 0,031
Utilizando o compósito da MBT, Mbrace CF 130, temos as seguintes
características:
Espessura= 0,165 mm
Tensão de ruptura= 3800Mpa
Modulo de elasticidade= 227.000Mpa
Lei de Hooke
σ = E L ε
-ff = Ef x εf
ff= -703,7 KN L cm²
Área da fibra = 0,42 cm² L m
Largura da fibra = 0,42 L 0,0165 = 25,66cm
CONCLUSÃO: COMO A LARGURA DA VIGA É 20CM USAREMOS PORTANTO
2 CAMADAS DE FIBRA DE CARBONO.
6. APLICAÇÃO DA FITA DE CARBONO
SIKA CARBORDUR com EPÓXI SIKADUR 30
• Fazer limpeza da estrutura com a ajuda de uma lixadeira.
Fazer a medição e riscar a superfície para balizar a colocação da fita.
Colocação do escoramento para alivio na carga da viga.
Aplicação da fita de fibra de carbono na Viga.
Viga reforçada com Fitas de Fibra de Carbono
7. CONCLUSÃO
A realização do reforço com Fibra de Carbono em uma estrutura mostra-se
prático e eficiente, compatível com a rapidez executiva necessária nas construções atuais,
desde que observadas as recomendações técnicas específicas.
A fibra de carbono cuja característica mais representativa é a resistência a tração,
unida ao esqueleto da estrutura, adicionando a estrutura essa característica,
apresentam desempenho tem sido satisfatório para todos, levando-se em consideração
que o edifício ainda não está habitado, seu desempenho ainda não pode ser julgado
como ótimo.
Ao executar-se um cálculo estrutural, deve-se ter o cuidado de adotar sempre o
método mais próximo com a realidade, para que o sistema funcione como
especificado, não havendo surpresas futuras. Neste trabalho foi analisado, ainda que
em apenas uma viga, como essa escolha pode influenciar na estratégia de uma empresa.
Com a busca constante de novas tecnologias afim de, suprir cada dia mais
as necessidades da construção civil, a Fibra de Carbono tende a ser não só instrumento
de reforços de estruturas, mas sim grande aliado na concepção de projetos que
utilizarão da fibra como seu principal material de resistência.