Rem: Revista Escola de Minas ISSN: Escola de Minas Brasil

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1 Rem: Revista Esola de Minas ISSN: Esola de Minas Brasil Ando, Eunie Sumie; Lopes Moreno Junior, Armando; Reis de Oliveira, Clayton Reforço à flexão de vigas em onreto armado pelo arésimo de altura na região omprimida, utilizando-se onreto de alta resistênia Rem: Revista Esola de Minas, vol. 65, núm. 1, marzo, 2012, pp Esola de Minas Ouro Preto, Brasil Disponível em: Como itar este artigo Número ompleto Mais artigos Home da revista no Redaly Sistema de Informação Científia Rede de Revistas Científias da Améria Latina, Caribe, Espanha e Portugal Projeto aadêmio sem fins lurativos desenvolvido no âmbito da iniiativa Aesso Aberto

2 Eunie Sumie Ando et al. Engenharia Civil Civil Engineering Reforço à flexão de vigas em onreto armado pelo arésimo de altura na região omprimida, utilizando-se onreto de alta resistênia Bending reinforement for a reinfored-onrete beam by using high-strength onrete to inrease the thikness in the ompressed hord region Eunie Sumie Ando Engenheira Civil. eunie@fe.uniamp.br Armando Lopes Moreno Junior Professor Livre Doente, Departamento de Engenharia de Estruturas da Fauldade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas-UNICAMP almoreno@fe.uniamp.br Clayton Reis de Oliveira Professor Mestre, Departamento de Estruturas e Edifiações. Fauldade de Engenharia de Passos, Fundação de Ensino Superior de Passos da Universidade do Estado de Minas Gerais UEMG laytonreisoliveira@gmail.om Resumo Nesse trabalho, é avaliada a ténia de reforço à flexão de vigas de onreto armado pelo arésimo de altura no banzo omprimido. Duas vigas de onreto armado, om dimensões e armaduras, transversal e longitudinal, idêntias foram exeutadas. Aos vinte e oito dias de idade, uma dessas vigas foi reforçada, pelo arésimo de uma amada de onreto de alta resistênia ao banzo omprimido. Uma tereira viga foi exeutada om as araterístias finais da viga reforçada anteriormente, om ambos os onretos sendo exeutados em uma únia etapa. Ao final, o omportamento, até a ruptura, das três vigas foi analisado, omprovando-se a efiiênia da ténia de reforço proposta. Palavras-have: Reforço à flexão, vigas, onreto armado. Abstrat In this paper the tehnique of strengthening reinfored onrete beams to prevent the bending phenomenon by inreasing the thikness in the ompressed hord region is evaluated. Two reinfored onrete beams with idential longitudinal and transversal dimensions and fixings, were molded. After twenty-eight days, one of these beams was reinfored with a layer of high-resistant onrete in the ompressed region. A third beam was single-stage molded using both types of onrete and had the final harateristis of the previously reinfored beam. Finally, the rupture behavior of the three beams was analyzed, proving the effiieny of the reinforement tehnique proposal. Keywords: Beam strengthening for bending prevention, beam, reinfored onrete. 1. Introdução Detetada a neessidade de ampliação da apaidade portante de um elemento estrutural, o passo seguinte é a definição da ténia de reforço que mais se adapta às ondições arquitetônias e de utilização inerentes à edifiação onde este elemento estrutural está inserido. No aso do reforço à flexão em 13

3 Reforço à flexão de vigas em onreto armado pelo arésimo de altura na região omprimida, utilizando-se onreto de alta resistênia 2. Programação experimental vigas de onreto armado, várias são as ténias atualmente disponíveis no merado, sendo que, basiamente, o reforço pode ser feito om ou sem alteração da seção transversal do elemento estrutural. Adição de hapas ou perfis de aço, folhas ou barras de fibra de arbono ou, até mesmo, um arésimo de armadura de tração são soluções que não alteram, em demasia, a seção transversal do elemento. Entretanto, muitas vezes, a opção para o reforço pode ser a de inremento da seção transversal da viga, seja na largura, seja na altura. O reforço à flexão om inremento da altura da viga, aresentando-se amadas de onreto à viga parialmente ou totalmente desarregada, é muito efiiente, de rápida exeução e de baixo usto. Esse arésimo de altura pode se dar na região omprimida ou na região traionada da viga. Em asos partiulares, o arésimo de altura, na região omprimida da viga, é limitado à altura disponível no ontrapiso da edifiação, fiando o reforço impereptível após sua exeução e não gerando inômodos em relação à utilização normal do ambiente em que a viga esteja loalizada. Em edifiações usuais, essa altura 2 6,30 do ontrapiso não ultrapassa 5 entímetros, valor de inremento relativamente pequeno, se pensarmos em sua exeução om onreto de resistênia usual. Entretanto, ao empregarmos onreto de alta resistênia à ompressão, o resultado obtido pode ser plenamente satisfatório, mesmo om tão poua altura da amada de onreto de reforço. Nesse trabalho, é proposta, e avaliada experimentalmente, uma ténia de reforço à flexão de vigas de onreto, om arésimo de poua altura na região omprimida, utilizando-se onreto de alta resistênia. Foram analisadas, experimentalmente, três vigas de onreto armado. Iniialmente, duas vigas, om m de largura, 20 m de altura e resistênia à ompressão do onreto de 35 MPa, foram exeutadas (Figura 1). A armadura longitudinal das vigas foi onstituída por três barras de 20,0 mm de diâmetro, de aço CA50 - A, tensão de esoamento, f y, de 5,8 MPa, deformação de iníio de esoamento, ε y, de 2,6 e módulo de deformação longitudinal, E s, de 202,0 GPa. A armadura transversal foi onstituída por estribos vertiais de 6,3 mm, de aço CA60, posiionados a ada 12,5 m, f y = 635,4 MPa, ε y = 5,2 e E s = 202,4 GPa. As vigas reforçadas foram dimensionadas de maneira que a região omprimida, na situação última, fiasse restrita ao onreto de alta resistênia. Deorridos 28 dias da data de onretagem, uma das vigas foi preparada para o arésimo de altura na região omprimida, om uma amada de 5 m de onreto om resistênia à ompressão de 75 MPa (Figura 2). Essa viga foi denominada, nesse trabalho, de VR-PÓS. A viga foi perfurada ao longo de sua altura para introdução da armadura transversal de onexão, que permitiu a ligação da armadura transversal já existente om a nova amada de onreto de reforço. O furo transversal possuía diâmetro e profundidade onforme o estabeleido pelo CEB (1983). Foi dimensionado de forma que a barra transversal de onexão fosse orretamente anorada, no onreto da viga já exeutada, om o emprego do adesivo epóxio, o EUCO- POXY 227, da Holderim S.A. Finalizados os proedimentos de exeução da armadura transversal de onexão, a amada de onreto de alta resistênia foi exeutada. Essa amada foi lançada na fae superior da viga sem que nenhum adesivo fosse empregado para inremento de aderênia entre os dois onretos: o novo, de alta resistênia, e o velho, de resistênia usual. Finalizado o proedimento de reforço na VR-PÓS, foi exeutada uma outra viga, a VR-PRÉ, om as mesmas araterístias geométrias e de armadu ,0 12 6,3 /12,5 Figura 1 Detalhe de armadura das vigas VR-PÓS e VT (esala 1:5). 1,0 m 2Ø 6,30 f = 75MPa 2Ø 4,0 5 furos 2Ø 6,3 /12,5 m 20 VR-PRÓS 14 adesivo epóxio (EUCOPOXY 227) f = 30MPa Figura 2 Esquema de Exeução da viga VR-PÓS (esala 1:8).

4 Eunie Sumie Ando et al. ra da outra viga, a VR-PÓS. Essa viga foi exeutada em uma únia etapa, om a amada de onreto de alta resistênia sendo lançada logo após o término do lançamento do onreto de resistênia usual, ou seja, a viga VR-PRÉ foi exeutada em uma únia etapa de onretagem (Figura 3). Desse modo, as vigas foram ensaiadas e a efiiênia da ténia de reforço proposta foi analisada, tanto em relação ao inremento de resistênia à flexão, quanto em relação à efiáia dos proedimentos de ligação entre as amadas de onreto exeutadas. Nessa análise, os resultados de ensaio da viga VT foram onsiderados omo os de uma viga sem reforço, os resultados da viga VR-PÓS representaram os resultados da mesma viga VT, após o reforço, e os resultados da viga VR-PRÉ representaram o padrão de omportamento esperado para a viga reforçada, VR-PÓS, sem a interferênia de prováveis falhas no proedimento de ligação proposto, entre as amadas de onreto novo e velho. É importante observar que a armadura transversal das vigas foi dimensionada para que a mesma fosse fortemente soliitada para arregamentos próximos ao que orresponderia ao iníio de esoamento da armadura longitudinal, de maneira que a ligação entre as amadas e, onsequentemente, os proedimentos de ligação adotados, fossem analisados f = 75MPa de forma efetiva. O arregamento nas vigas foi omposto por duas argas onentradas apliadas a 75 m de ada extremidade, onforme Figura 4. Nesses ensaios, o inremento de argas foi de, aproximadamente, 5 kn. O panorama de fissuração das vigas ensaiadas fiou evideniado na superfíie das mesmas (demaração das fissuras). Nas armaduras, em pontos de interesse, foram instalados extensômetros elétrios de resistênia, de maneira a se obter um ontrole da evolução das tensões nas armaduras durante o ensaio. Foi instalado, também, um defletômetro no meio do vão das vigas, a fim de se onseguir um melhor ontrole da evolução dos desloamentos vertiais máximos dessas vigas VR-PRÉ Figura 3 Esquema de exeução da viga VR-PRÉ (esala 1:5). f = 30MPa P,0,0 90,0 90,0 Figura 4 Esquema de arregamento das vigas ensaiadas (esala 1:).,0 0,0 180,0,0 3. Resultados dos experimentos A seguir, na Tabela 1, os resultados finais obtidos, após os ensaios das vigas, estão apresentados. Nessa tabela, M u teório orresponde ao momento teório alulado de aordo om os proedimentos da Assoiação Brasileira de Normas Ténias: NBR 6118 (2007). Nas vigas reforçadas, o momento último teório orresponde à situação última orrespondente ao esoamento da armadura longitudinal e à ruptura do onreto na região omprimida (domínio 3), om a região omprimida da viga restrita ao onreto de alta resistênia. Na viga de referênia, a situação última teória orrespondeu à ruptura do onreto om armadura longitudinal não esoando (domínio 4). Ainda na Tabela 1, r w refere-se à taxa real de armadura transversal das vigas e r w Morsh refere-se à taxa de armadura transversal de aordo om a teoria da

5 Reforço à flexão de vigas em onreto armado pelo arésimo de altura na região omprimida, utilizando-se onreto de alta resistênia Treliça Clássia. A ortante teória apresentada na Tabela 1 é a orrespondente ao momento teório alulado omo desrito. Vale observar que esse valor de ortante está abaixo do valor último teório alulado de aordo om os proedimentos de norma, pois, onforme já oloado anteriormente, essa armadura foi dimensionada para que a mesma fosse fortemente soliitada para arregamentos próximos ao que orresponderia ao iníio de esoamento da armadura longitudinal, de maneira que a ligação entre as amadas e, onsequentemente, os proedimentos de ligação adotados fossem analisados de forma efetiva. Com base em resultados anteriores de outros trabalhos sobre isalhamento exeutados, a taxa de armadura transversal adotada, para que esse objetivo fosse alançado, orrespondeu à metade da taxa de armadura transversal alulada de aordo om os proedimentos da analogia de Treliça Clássia de Morsh. Do mesmo modo, os valores de momentos fletores obtidos experimentalmente, apresentados na Tabela 1, são orrespondentes ao iníio de esoamento da armadura longitudinal de flexão, om VIGA VT VR-PRÉ VR-PÓS f (MPa) Conreto Convenional 34,3 34,8 34,3 f (MPa) Conreto de Alta Resistênia - 75,6 75,6 M u teório (kn.m) V teório (kn) 80,5 8 8 M u exp (kn.m) V exp (kn) 88,5 130,6 130,2 ρ w (%) 0,34 0,34 0,34 ρ w Morsh (%) 0,62 0,71 0,71 ρ w / ρ w Morsh 0,55 0,48 0,48 Forma de ruptura Força ortante - flexão (flexão onvenional) Força ortante - flexão Força ortante - flexão Tabela 1 Valores teórios e experimentais. A V exp orrespondente ao esforço ortante equivalente a esse momento. Em todas as vigas, a ruptura oorreu por força ortante - flexão, om esoamento das armaduras longitudinal e transversal, seguido pela ruptura do onreto da região omprimida na extremidade da fissura de isalhamento, que evoluiu até o ponto de apliação do arregamento, onforme se observa na Figura 5. B As Figuras 6 e 7 ilustram, respetivamente, a evolução das tensões na armadura longitudinal e os desloamentos vertiais máximos, em função do esforço ortante no apoio das vigas analisadas. Figura 5 Detalhe das vigas VR-PÓS, VR-PRÉ e VT após ruptura. Tensão (MPa) Armadura Longitudinal (VR - PRÉ, PÓS e VT) VR - PRÉ VR - PÓS VT V (kn) Figura 6 Evolução das tensões na armadura longitudinal em função do esforço ortante no apoio das vigas.

6 Eunie Sumie Ando et al. Figura 7 Evolução dos desloamentos vertiais em função do arregamento no vão apliado. Des loamentos vertiais (mm) VR - PRÉ VR - PÓS VT Vigas (VR - PRÉ, PÓS e VT) P (kn) 4. Análise dos resultados e onlusões Pela Tabela 1, nota-se que a viga reforçada, de aordo om os proedimentos propostos nesse trabalho, teve sua apaidade resistente à flexão inrementada de, aproximadamente, 46 %. A diferença entre os momentos últimos, teório e experimental, obtida para a viga reforçada deveu-se ao fato de a armadura transversal, nessa viga, ter esoado antes da armadura longitudinal, reduzindo a apaidade resistente à flexão esperada para tal viga reforçada. No aso dessa viga, o reforço à flexão deveria ter sido aompanhado por um reforço ao esforço ortante. Se assim fosse feito, ertamente, o momento último experimental teria se aproximado do valor teório esperado (esoamento da armadura longitudinal). Pelas Figuras 6 e 7, nota-se que o omportamento da viga VR-PRÉ foi idêntio ao omportamento da viga VR- PÓS, tanto em relação à evolução das tensões na armadura longitudinal, quanto em relação à evolução dos desloamentos vertiais. Esse fato pode sinalizar 5. Referênias bibliográfias uma adequação dos proedimentos, propostos nesse trabalho, de ligação entre onreto novo/velho e de anoragem da armadura transversal de onexão. Por fim, pode-se onluir, om base nos resultados obtidos, que o método de reforço proposto, onde uma amada de pequena altura de onreto de alta resistênia à ompressão foi adiionada ao banzo omprimido de uma viga de onreto armado, é efiiente. Mostrouse, portanto, viável a retirada de eventual amada de piso e ontrapiso sobre uma viga de onreto e a substituição daquela amada de onreto de alta resistênia à ompressão. Contudo, resta observar que tais níveis de efiiênia, no inremento de apaidade portante à flexão, utilizando a ténia proposta neste trabalho, só se tornam possíveis om a garantia de adequada aderênia entre as amadas de onreto novo e velho. Eventual falha de aderênia aarretaria uma movimentação relativa entre as amadas de onreto novo e velho, fato que invalidaria os modelos teórios existentes de dimensionamento de estruturas em onreto armado. A aderênia entre as amadas de onreto velho e onreto novo - de alta resistênia - foi garantida nesse trabalho pela adição de sília ativa ao onreto novo e pela esarifiação e limpeza superfiial da fae da viga, onde tal amada seria lançada. Vale observar que, nesse trabalho, não foi neessária, omo afirmam Trikha et al. (1991) e Saiidi et al. (1991), a utilização de adesivo epóxio entre as amadas de onreto para garantir a aderênia entre ambas. Estudos posteriores, om vigas reforçadas à flexão utilizando-se a ténia proposta, onde variáveis omo taxa de armadura, relação entre alturas das amadas de onreto velho e onreto novo, número de amadas de onreto novo, et., seriam muito bem-vindos, pelo meio ténio em geral; sempre arente de resultados experimentais desse tipo. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto e exeução de obras de onreto armado e protendido. Rio de Janeiro, p. COMITÉ EURO-INTERNACIONAL DU BÉTON (CEB). Assessment on Conrete Strutures and Design Proedures for Upgrading. Bulletin d Information, London, n. 162, p. 288, SAIIDI, M., VRONTINOS, S., DOUGLAS, B. Model for the response of reinfored Conrete beams strengthened by onrete overlays. ACI Strutural Journal, Farmington Hills, Mihigan, v. 87, n. 6, p , nov./de., TRIKHA, D. N., JAIN S. C., HALI, S. K. Repair and strengthening of damaged onrete beams. The Magazine of the Amerian Conrete Institute, Farmington Hills, Mihigan, v. 13, n. 6, p.53-59, june, Artigo reebido em 07 de setembro de Aprovado em 22 de novembro de