Sistemas de Reforço Estrutural com Tecidos de Fibra de Carbono SikaWrap

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1 Construction Sistemas de Reforço Estrutural com Tecidos de Fibra de Carbono SikaWrap

2 Tecidos de Fibra de Carbono SikaWrap e adesivos Sikadur Tipos de Fibras Os dois principais tipos de fibras empregados para reforço de estruturas na construção civil são as Fibras de Carbono e de Vidro. Dependendo dos requisitos estruturais, aspectos da obra e condições ambientais o material mais adequado é selecionado. As principais diferenças entre os materiais são a rigidez e resistência mecânica. Fibras de Carbono As Fibras de Carbono estão disponíveis em diferentes graus de rigidez. Todas possuem um comportamento elástico linear e alta resistência. Exemplos típicos: Alta Resistência (HS) e Módulo de Elasticidade Standard 30 GPa Alto Módulo (HM), módulos entre 440 e 640 GPa Fibras de Carbono são resistentes a álcalis, óxidos e raios UV, possuem alta resistência à fadiga e baixo coeficiente de expansão térmica. Não sofrem corrosão por tensão. Fibras de Vidro Fibras de Vidro são mais comumente usadas para aplicações estruturais mais simples. Estão disponíveis em diferentes tipos sendo a mais comum a E-glass, com módulo de elasticidade de 76 Gpa. As fibras E-Glass possuem como desvantagem a baixa resistência alcalina. Para superar este ponto fraco uma quantidade considerável de zircão é adicionada para produzir uma fibra resistente a álcalis tipoar-glass. Tecidos de Fibra de Vidro são usualmente sistemas com custo otimizado. A desvantagem da baixa rigidez pode ser compensada pela combinação de diversas camadas de tecido. Propriedades Mecânicas das Fibras empregadas em Tecidos SikaWrap Um grande variedade de fibras para reforço estão disponíveis. O tipo perfeito de fibra para qualquer requisito de reforço pode ser encontrada na linha de produtos SikaWrap. No gráfico abaixo são apresentadas as propriedades mecânicas das fibras de Aramida, Vidro e os dois principais tipo de Carbono. As diferenças de módulo de elasticidade podem ser facilmente observadas Quando se consideram os materiais e sistemas à base de Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) para uma aplicação particular, os sistemas de PRF devem ser comparados com base na rididez equivalente apenas.. Força (N/mm ) Comportamento a longo prazo Comportamento à Fadiga Resistência à Alcalinidade Resistência ao Impacto Corrosão sob Tensão 0 Carbono de alto módulo 30 GPa Carbono de alto módulo 640 GPa Resistência ao Desgaste Reforço Ativo (carregamento permanente) 0.0 Carbono de Ultra resistência, 30 GPa Tipos de Fibras de Compósito Fibras de Carbono Aramida, 100 GPa Tensão (%) Vidro, 76 GPa Ferro Fe35, 10 GPa Outras Propriedades Importantes das Fibras para Seleção: Para o sucesso em longo prazo de um projeto de reforço algumas outras propriedades além das propriedades mecânicas são relevantes: durabilidade, resistência a intempéries e à corrosão. Critério Muito Bom Excelente Muito Bom Baixa Baixa Adequada Reforço Passivo OK OK OK Fibras E-Glass Adequada Adequada Inadequada Boa Alta Boa N.A. Tipos de Tecidos SikaWrap Os Tecidos SikaWrap estão disponíveis em diversas gramaturas e configurações. Sua escolha leva em conta o tipo de reforço e requisitos de carregamento. Métodos de Produção Tecidos São mais fáceis de manusear e fácilmente são impregnados com resinas tixotrópicas de média viscosidade tipo Sikadur-330 (para tecidos com gramatura de até 300 g/m ) ou com Sikadur-300 (300 g/m ou mais). Carbono: SikaWrap-300C, 300 g/m E-Glass: SikaWrap-930G, 930 g/m E-Glass/Aramida: SikaWrap-107G, 955 g/m Tecidos-Não-Tecidos de Carbono: Possuem o melhor alinhamento das fibras (sem desvios), de grande importância para aplicações de enrijecimento. O tipo de arranjo das fibras permite que se utilize a capacidade total de rigidez da fibra. Carbono: SikaWrap-300C NW, 300 g/m Alinhamento das Fibras Tecidos Unidirecionais Maioria das Fibras em uma direção. Os Tecidos SikaWrap são em geral unidirecionais o que é ideal para as necessidades de reforço. Podem ser facilmente combinadas em diversas camadas e aplicadas em diferentes direções. Tecidos Multi-direcionais: Fibras em mais de uma direção Carbon: SikaWrap-160C 0/90, 160 g/m Tecidos Híbridos: Combinações de diferentes tipo de fibras, usualmente multi-direcionais Podem ser tipo tecido ou não-tecido (diferentes fibras em camadas, sem desvios) Modelos Especiais SikaWrap Além da linha regular de tecidos SikaWrap outras gramaturas e combinações de fibras bem como tecidos ou não-tecidos podem ser produzidos sob encomenda. Exemplos: Um tecido bi-direcional, não balanceado pode ser o arranjo ideal para uma combinação de reforço a flexão / cisalhamento de uma viga de concreto. Devido ao arranjo das fibras em duas direções uma aplicação eficiente com apenas uma camada de tecido pode ser atingida. Tecidos híbridos com diferentes tipos e quantidades de fibras multi-direcionais podem ser customizados para aplicações sísmicas, por exemplo. Resinas de Impregnação Dependendo do tipo de tecido e gramatura pode-se selecionar a melhor resina de impregnação. As resinas epóxi Sikadur são produtos especialmente formulados para atender tanto as necessidades da estrutura como do aplicador. Durabilidade e facilidade de aplicação são pontos importantes para o sucesso em longo prazo de projetos de refoço. Resinas de Média Viscosidade Resinas cremosas, bi-componentes, com comportamento tixotrópico para impregnação (tipo Sikadur-330). Empregadas no método de aplicação seco ou como selador no método úmido. Ótimas propriedades de aplicação em superfícies verticais e sobre cabeça. Resinas de Baixa Viscosidade Resinas bi-componentes para impregnação (tipo Sikadur-300) para uso com tecidos de alta gramatura ou tecidos-não-tecidos. Experiência Os adesivos estruturais de resina epóxi Sikadur são empregados e testados na colagem de segmentos de pontes e reforço estrutural desde Sistemas de Reforço com Compósitos Sika CarboDur Desde o início dos anos 1990 as resinas Sikadur são usadas como adesivos estruturais para aplicações em reforços com PRF s sob a marca Sika CarboDur.

3 Aplicações Estruturais Introdução Os tecidos SikaWrap são materiais que preenchem a maioria dos requisitos para recuperação e reforço de estruturas civis. Os usos mais comuns são reforços por alteração de uso / carregamento, mudanças no sistema estrutural além de reparo e prevenção de estruturas em zonas sísmicas. Confinamento O Confinamento é geralmente aplicado em elementos a compressão para aumentar a capacidade de carga em casos de reforço contra sismos, para aumentar sua ductilidade. Compósitos de PRF SikaWrap são sistemas confiáveis para o confinamento elementos de concreto armado. Reforço ao Cisalhamento A flexibilidade dos tecidos SikaWrap permite reforçar seções irregulares como as de vigas de concreto pré-moldadas. A combinação de tecidos de carbono alto módulo para o cisalhamento com lâminas de fibra de carbono para a flexão resultam em ótimo relação custo-benefício. Reforço ao Impacto Os tecidos SikaWrap de fibras de Aramida podem absorver a energia resultante do impacto de um carro de maneira a proteger colunas do colapso. Processo de Aplicação Seco No processo seco o tecido SikaWrap é aplicado seco diretamente sobre o substrato de concreto impregnado com uma resina de média viscosidade tipo Sikadur-330. Vantagem: fácil aplicação Úmido Tecidos SikaWrap com gramatura acima de 300 g/m e todos os não-tecidos são aplicados pelo processo úmido. Neste processo o tecido SikaWrap é pré-impregnado com resina epóxi Sikadur-300 seja em um equipamento especial ou em uma mesa de trabalho e aplicada úmida no substrato. Vantagem: ideal para grandes aplicações e tecidos pesados O substrato deve estar limpo, livre de óleo, graxa, poeira, nata de cimento, pinturas etc. Prepare o substrato com lixamento mecânico ou jato abrasivo. Limpe o substrato cuidadosamente e remova partículas friáveis e poeira. Injete fissuras. Fissuras com mais de 0,5 mm devem ser tratadas com injeção de resinas epóxi. A supefície deve estar nivelada (menos que 15 mm em 1 m de comprimento). Caso seja necessário nivelar o substrato as argamassas de reparo ou resinas devem curar totalmente antes da aplicação do reforço. Arredonde todos os cantos de acordo com o tecido usado ou conforme especificações de projeto (> 0 mm). Resistência de aderência mínima do concreto de acordo com o tecido usado ou especificações de projeto. Atenção especial para as condições ambientais. Cheque a temperatura do substrato, ambiente e dos materiais além do ponto de orvalho. A temperatura ambiente e do substrato durante a aplicação deve estar 3 C acima do ponto de orvalho. Reforço a Flexão Elementos estruturais podem ser reforçados à flexão não apenas com chapas de aço ou laminados Sika CarboDur mas também com tecidos SikaWrap, especialmente em substratos com baixo desempenho. Atenção especial deve ser dada ao perfeito alinhamento das fibras no caso de longas faixas de reforço à flexão. 1 Corte o tecido com tesouras afiadas Sele o substrato com adesivo epóxi Sikadur-300 ou Sikadur-330 Considere uma sobra suficiente de tecido para os transpasses Aplicação de resina epóxi Sikadur-330 no substrato com desempenadeira ou rolo 1 Reforço contra Sismos Trata-se de forma geral de uma combinação dos tipos de aplicação descritas acima. Historicamente uma aplicação importante é o confinamento de colunas de pontes para prevenir a ruína prematura em eventos sísmicos. 3 Tecido seco é aplicado no substrato impregnado Impregnação manual do tecido em uma mesa ou com equipamento saturador com resina Sikadur-300 Tecido pré-impregnada é aplicada no substrato selado O tecido é cuidadosamente pressionado com um rolo plástico na direção das fibras para forçar a impregnação 5 5 Transpasse na direção das fibras > 50 / 100 mm (dependendo do tipo de tecido) ou conforme especificações de projeto Um revestimento colorido ou cimentício é aplicado sobre a superfície do tecido 6 Placas rígidas ou tintas/argamassas podem ser usadas como proteção em altas temperaturas

4 Testes, Normas e Aprovações s de Referência SikaWrap Teste do Sistema Diversos testes estruturais tem sido realizados com objetivo de mostrar os benefícios dos sistemas SikaWrap comparados aos métodos convencionais de reforço. Eficiência de reforços em ligações pilar-viga usando jaquetas de fibra de carbono. Universidade de Xanthi, Grécia. Reforço ao cisalhamento com tecido CFRP SikaWrap Hex-30C / Sikadur Normas de Dimensionamento O projeto de estruturas a serem reforçadas pode ser feito de acordo com guias internacionais de dimensionamento: (fédération internationale du béton) Dimensionamento e uso de reforço com polímeros reforçados com fibras (PRF) colados externamente para estruturas de concreto armado. Task Group 9.3 FRP (fiber-reinforced polymer) reinforcement for concrete structures. Reforço de Alvenaria Antigo Depósito da Marinha em Salt Lake City,Utah (USA) As paredes de alvenaria deste projeto receberam reforço contra sismos com camadas de manta de fibra de vidro SikaWrap-116G a ±45 para oferecer resistência contra esforços de cisalhamento. Reforço de paredes de contenção em alvenariade tijolos contra deformações devido a esforços sísmicos em Gebze, Kocaeli (TK) Mantas de fibra de carbono SikaWrap As fissuras verticais com abertura de até Hex-30C foram aplicadas nas paredes 10 mm foram fechadas usando resinas de alvenaria em faxas cruzadas. A ancoragem epóxi Sikadur. Duas camadas de manta de na estrutura de concreto foi obtida através de fibra de carbono SikaWrap Hex-30C foram cantoneiras de aço nas extremidades. aplicadas ao redor da base da cúpula com adesivo Sikadur-330. O projeto consumiu 000 m de SikaWrap Hex-30C e 100 kg de adesivo Sikadur-330. Reforço de cúpula na Igreja de São Vitale em Parma (Itália) devido a fissuras ocasionadas por um evento sísmico. Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research, EMPA: Report No Reforço contra sismo de colunas danificadas por corrosão. Universidade de Patras, Grécia. Teste de paredes de alvenaria reforçadas externamente com tecidos SikaWrap. ACI (American Concrete Institute) Guia para o dimensionamento e execução de sistemas de PRF colados externamente para reforço de estruturas de concreto. ACI Committee 440.R-0 Um modelo em escala foi produzido na universidade local e carregado até o aparecimento das primeiras fissuras. O reforço foi aplicado, e testes de carga foram realizados com sucesso. Universidade de Delaware, Structural testing,inc.,usa. Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (PRFC) para reforço e reparo sob ações sísmicas. European Laboratory for Structural Assessment ELSA, Ispra, Italy. Aprovações EUA ICBO Evaluation Service, Inc.: Evaluation Report ER-5558 França SOCOTEC, Direction des techniques et des méthodes: Rapport d enquête technique, cahier des charges Sika CarboDur et SikaWrap Polônia Road and Bridges Research Institute, IBDiM Technical Approval No. AT/

5 s de Referência SikaWrap Reforço de Silos, Postes e Chaminés Reforço a Cortante e Confinamento Reforço de Silos Albany (Austrália). Reforço de Chaminé Industrial (Suíça). Reforço de torres de transmissão de concreto em Brauchburg, New Jersey (EUA). Recuperação geral de lojas e escritórios em Atenas (Gécia). Reforço a cortante das vigas de tabuleiro das pontes Göksu na rodovia Bozova-Adıyaman em Karababa (TK). Reforço sísmico da Ponte I-57 em Cairo, Illinois (EUA). Grandes fissuras verticais em paredes celulares ocorreram devido ao dimensionamento inadequadodos valores de empuxo horizontal. Foram consumidos m² de manta de fibra de carbono SikaWrap Hex-30C e kg de resina de impregnaçãon Sikadur-330. O efeito de intempéries após 100 anos de uso levaram ao enfraquecimento das juntas entre tijolos. Com o objetivo de prevenir a ruína da chaminé devido aos ventos fortes, 8 faixas de manta de fibra de carbono SikaWrap Hex-30C foram coladas com Sikadur-330 formando um trançado único. As fissuras verticais existentes foram primeiramente injetadas com resina de baixa viscosidade Sikadur. As torres de concreto pré-moldado foram então envolvidas com 3 camadas de manta de fibra de carbono SikaWrap-103C para promover resistência e estabilidade adicionais. As cargas máximas a que seria submetida a estrutura desenvolveria forças de cisalhamento nos nós, superiores às consideradas no projeto. O reforço a cortante foi realizado junto aos apoios e encontros entre vigas e entre vigas e pilares com manta não-tecido de fibra de carbono de alto Módulo SikaWrap 300C HiMod NW e adesivos Sikadur-300 and Sikadur-330. Pesadas turbinas com aprox. 70 toneladas teriam de passar sobre pontes e o reforço foi necessário às altas cargas. Foram realizados reforço á flexão com perfis CFRF Sika CarboDur CFRP e reforço à cortante com mantas SikaWrap Hex-30C. Foram consumidos 3800 m² de Sika Wrap Hex-30C e 650 m de Sika CarboDur S101. Um total de 50 tabuleiros e 158 colunas de pontes foram reforçados contra sismo com m² de manta de fibra de vidro SikaWrap-100G e adesivo epóxi Sikadur-300, seguido de demãos de revestimento de proteção às intempéries.

6 Soluções Sika Linha de Produtos e Mantas SikaWrap Produto Tipo de Fibra Resistência [MPa] Módulo [GPa] Gramatura [g/m] Espessura [mm] SikaWrap-30C SikaWrap Carbono Strength >4300 Stiffness Weight 30 (mm)* 30 0,10 (UD: unidirectional) UD Method ** Seco SikaWrap-300C Carbono (MPa) (GPa) >3900 (g/m ) ,167 UD Seco SikaWrap Carbon Woven UD Dry SikaWrap-300C HiMod Carbono Alto Módulo > ,167 UD Seco SikaWrap -30C Carbon Woven UD Dry SikaWrap -300C Carbon Woven UD Dry or wet SikaWrap-600C Carbono > ,340 UD Úmido SikaWrap -103C Carbon Woven UD Wet SikaWrap -00C NW Carbon Non-woven UD Wet SikaWrap-31C Carbono Alta Resistência > ,10 UD Seco SikaWrap -300C NW Carbon Non-woven UD Wet SikaWrap -160C 0/90 Carbon (per direction) Woven bidirectional Dry SikaWrap-301C Carbono Alta Resistência > ,167 UD Seco SikaWrap -01C High strength carbon Woven UD Dry SikaWrap -31C High strength carbon Woven UD Dry SikaWrap-601C Carbono Alta Resistência > ,340 UD Úmido SikaWrap -301C High strength carbon Woven UD Dry or wet SikaWrap -300C HiMod NW High modulus carbon Non-woven UD Wet SikaWrap-430G E-Glass > ,17 UD Seco ou Úmido SikaWrap -400C HiMod NW High modulus carbon Non-woven UD Wet Tipo Método de Aplicação SikaWrap-930G E-Glass > ,358 UD Seco Resinas de Impregnação e Adesivos Sikadur Sikadur-300 Descrição Adesivo / resina de impregnação de base epóxi, bicomponente, de baixa viscosidade, livre de solventes Longo pot life para uso em equipamento saturador Sikadur-330 Adesivo / resina de impregnação de base epóxi, bicomponente, tixotrópica Uso Resina de impregnação para aplicação pelo método úmido Resina de impregnação para aplicação pelo método seco Description Primer para substratos muito lisos Low-viscous, solvent-free, -component Primer para substratos rugosos Thixotropic, solvent-free, Thixotropic, solvent-free, impregnation resin on epoxy base -component impregnation -component impregnation Temperatura de Aplicação mín. +15oC / máx. +40oC mín. +10oC / máx. +35oC Long pot life for saturator use resin on epoxy base resin on epoxy base Resistência Use à Tração 45 Impregnation MPa resin for the wet Impregnation resin 30 for MPa the wet Impregnation resin for the dry Pot Life 40 min. / +3oC 60 min. / +3oC Módulo de Elasticidade 3500 MPa 4500 MPa Para informações adicionais consulte as Fichas Técnicas dos Produtos Outras publicações Sika disponíveis Construction Sika Carbodur e SikaWrap Tecnologia e Conceitos Sika Sistemas de Reforço Estrutural para grauteamento e fixação de equipamentos Sistemas de Injeção Sika para Estruturas de Concreto Sika S.A. Av. Dr. Alberto Jackson Byington, 1.55 Vila Menck Osasco SP CEP: PABX : ( 11 ) ISO Certified Quality System 9001/ EN since Certified Management System ISO since 1997 S&W / 03SIC / Sika Services AG, Switzerland