2 - PROGRAMA EXPERIMENTAL E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

Transcrição

1 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR 2 - ROGRAMA EXERIMENTAL E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Concepção dos modelos O programa experimental realizado envolveu a concepção de doze modelos de vigas de betão armado de secção transversal em T com 0.40 m de altura. A alma tinha uma largura de 0.18 m e uma altura de 0.30 m, enquanto o banzo tinha 0.10 m de altura e 0.45 m de largura. O comprimento total das vigas era de 2.45 m com um vão livre de 2.25 m. O pré-dimensionamento das vigas ensaiadas foi efectuado por forma a que o seu modo de rotura fosse por corte. Assim, e com o objectivo de circunscrever a zona de rotura das vigas, os ensaios foram efectuados sob três pontos de carga e com vãos de corte diferentes (a = mm e b = mm), de acordo com o representado na Figura 22. A relação entre o maior vão de corte (b) e o menor vão de corte (a) era de 1.5. As vigas tinham um vão de corte (a) igual a duas vezes e meia a altura útil da secção (a/d = 2.5). a = mm b = mm Diagrama dos esforços transversos Figura 22 Modelo estrutural das vigas ensaiadas e diagrama de esforços transversos. As vigas ensaiadas continham, longitudinalmente na face traccionada, três varões de 25 mm de diâmetro (3φ25) e dois varões de 16 mm de diâmetro (2φ16) colocados de acordo com a disposição representada na Figura 23. Em todas as vigas utilizou-se a mesma armadura no banzo: seis varões longitudinais de 12 mm de diâmetro (6φ12) e estribos de 6 mm de diâmetro afastados de 150 mm (φ6@150mm). De forma a evitar que a rotura por corte ocorresse no maior vão de corte (b), em todas as vigas foram colocados, no referido vão de corte, estribos de 6 mm de diâmetro afastados de 75 mm (φ6@75mm). Assim, as diferenças existentes entre modelos ficaram circunscritas ao menor vão de corte (a). O programa experimental englobou quatro tipos de vigas, diferenciadas pela forma como foi garantida a resistência ao esforço transverso no menor dos vãos de corte (a). Assim, além de uma viga sem qualquer reforço ao corte, foram ensaiadas vigas com duas distintas percentagens de estribos de aço: uma com estribos de 6 mm de diâmetro afastados de 300 mm (φ6@300mm) e a outra com Salvador Dias e Joaquim Barros 29

2 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR estribos de 6 mm de diâmetro afastados de 130 mm (φ6@130mm). ara a primeira das referidas percentagens de armadura transversal (φ6@300mm) consideraram-se modelos com e sem reforço ao corte de CFR. Este, foi executado usando a técnica NSM baseada na inserção de laminados de CFR em entalhes efectuados no betão de recobrimento das faces laterais da viga. Foram analisadas três percentagens distintas de CFR e, para cada umas destas percentagens, foram estudadas três formas de configuração de reforço ao corte em termos de orientação do CFR: laminados de CFR inseridos em entalhes verticais (90º), laminados de CFR inseridos em entalhes inclinados a 45º e laminados de CFR inseridos em entalhes inclinados a 60º (os ângulos de 90º, 45º e 60º referem-se ao ângulo que a direcção das fibras do CFR fazia com a direcção do eixo da viga). O pré-dimensionamento dos modelos ensaiados foi efectuado de forma a tentar garantir a rotura por corte e, para o caso dos modelos reforçados com a quantidade máxima de CFR, independentemente do tipo de orientação dos laminados, que tivessem uma capacidade de carga semelhante à viga de betão armado com a maior percentagem de estribos de aço considerada (φ6@130mm) no menor vão de corte (a). Estas condições traduziram-se nas seguintes soluções de reforço com CFR e que foram executadas no menor vão de corte (a): oito laminados em cada face da viga, para os casos dos reforços dispostos na vertical e com uma inclinação de 45º, e sete laminados em cada face da viga para o caso do reforço inclinado a 60º. As soluções de reforço executadas referentes à percentagem mínima e intermédia de CFR foram obtidas a partir dos modelos reforçados com a maior percentagem de CFR. Assim, para as três orientações de reforço analisadas (90º, 45º e 60º) foram adoptadas as seguintes quantidades de CFR nas faces do menor dos vãos de corte da viga: três laminados de CFR para a percentagem mínima de reforço e cinco laminados de CFR para a percentagem intermédia de reforço. Na Tabela 6 e nas Figuras 23 e 24 apresentam-se os dados necessários para a caracterização das vigas ensaiadas. ara evitar a ocorrência do destacamento do betão de recobrimento no apoio mais solicitado, este canto foi reforçado localmente com três camadas de manta de CFR unidireccional, ficando as fibras dispostas segundo a direcção do eixo da viga (ver Figura 23). A distribuição dos laminados de CFR ao longo do vão de corte a reforçar, vão de corte (a), foi efectuada usando o princípio ilustrado na Figura 25, quando aplicado ao caso do modelo 2S-8LV (reforço com oito laminados verticais em cada face da viga). Assim, em primeiro lugar, pelo facto de se ter admitido uma degradação da carga com uma inclinação de 45º, obteve-se o ponto B traçando uma linha a partir da secção de aplicação da carga (ponto A) com uma inclinação de 45º. O número de laminados, resultantes do pré-dimensionamento, foram distribuídos ao longo da linha BC representada na Figura 25. Na referida linha, o ponto C corresponde à secção do apoio do menor dos vãos de corte (a). Salvador Dias e Joaquim Barros 30

3 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR 0 a = 1450 b = //150 3 camadas de manta em forma de U com as fibras orientadas a 0º Ver Figura (recobimento lateral do estribo = 22 mm) Figura 23 Geometria dos modelos, armaduras longitudinais e transversais. 300 Medidas em mm d = 355 C-R 2S-3LI x367 2S-5LI45 3x x S-R 2S-8LI45 7x x138 2S-3LV 2S-3LI S-5LV 2S-5LI x x195 2S-8LV 2S-7LI x x139 Figura 24 Vigas ensaiadas: localização das armaduras transversais (linha a traço cheio) e dos laminados de CFR no reforço ao corte (linha a tracejado). Salvador Dias e Joaquim Barros 31

4 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR Tabela 6 Descrição dos modelos de vigas ensaiados. Idade à data Sistema de reforço ao corte no menor vão de corte (a) Vigas do ensaio Espaçamento Ângulo (dias) Material Quantidade (mm) (º) C-R Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) S-R 62 Estribos de aço 6φ6 (2 ramos) S-3LV 72 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x3 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-5LV 71 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x5 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-8LV 70 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x8 laminados (1.4x10 mm 2 ) 90 2S-3LI45 66 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x3 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-5LI45 64 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x5 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-8LI45 68 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x8 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-3LI60 71 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x3 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-5LI60 67 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x5 laminados (1.4x10 mm 2 ) S-7LI60 68 Estribos de aço 2φ6 (2 ramos) Laminados de CFR 2x7 laminados (1.4x10 mm 2 ) B 45º A C 50 7x 150 Figura 25 Critério de posicionamento do reforço de CFR. As fotografias da Figura 26 apresentam o aspecto geral das armaduras adoptadas em cada um dos modelos de viga ensaiados. Na Figura 27 estão ilustradas algumas das tarefas correspondentes à execução dos modelos de betão armado (após a conveniente colocação das armaduras nas respectivas cofragens e preparação dos provetes para a caracterização do betão; betonagem das vigas com o pormenor da vibração e o armazenamento das vigas). Salvador Dias e Joaquim Barros 32

5 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR Estribos de aço no menor vão de corte Designação dos modelos Esquema da disposição das armaduras adoptadas - C-R (φ6@130mm) 6S-R (φ6@300mm) ; 2S-3LV; 2S-5LV; 2S-8LV; 2S-3LI45; 2S-5LI45; 2S-8LI45; 2S-3LI60; 2S-5LI60; 2S-7LI60 Figura 26 Aspecto geral das armaduras de aço das vigas ensaiadas. Figura 27 Execução e armazenamento das vigas ensaiadas Caracterização dos materiais A avaliação da resistência à compressão do betão das vigas, cuja composição se encontra registada no anexo A deste relatório, foi efectuada experimentalmente aos 28 dias e à data da realização dos ensaios das vigas, a qual corresponde uma idade média de 70 dias. ara tal, Salvador Dias e Joaquim Barros 33

6 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR efectuaram-se ensaios de compressão uniaxial sobre cilindros de 150 mm de diâmetro e 300 mm de altura (quatro cilindros para cada uma das referidas idades do betão). Nas vigas ensaiadas utilizaram-se armaduras de varões de aço nervurado de 6 mm, 12 mm, 16 mm e de 25 mm de diâmetro, cujas principais propriedades foram avaliadas experimentalmente por intermédio de ensaios de tracção uniaxial efectuados seguindo o estipulado na EN02 (1990). ara cada um dos quatro tipos de diâmetro (φ6, φ12, φ16 e φ25) foram ensaiados três provetes com 50 cm de comprimento. Na Figura 28 apresentam-se fotografias ilustrativas dos ensaios efectuados para a caracterização do betão e do aço das armaduras. Na Tabela 7 estão registados os valores médios das propriedades mecânicas mais significativas, obtidas experimentalmente, do betão e dos aços utilizados. No Anexo A estão compilados os valores obtidos nos ensaios realizados nos vários provetes para caracterizar o betão e o aço das armaduras. Ensaio de compressão uniaxial de um cilindro (betão) Ensaio de tracção uniaxial (aço) Figura 28 Ensaios para caracterização do betão e das armaduras de aço. A caracterização dos laminados de CFR utilizados (S& Laminates CFK 150/2000, S& (2002)) foi efectuada por intermédio da realização de ensaios de tracção uniaxial (Figura 29) em seis provetes, segundo a ISO (1997). Os provetes tinham as dimensões representadas na Figura 29. Na Tabela 2 estão registados os valores médios das propriedades mecânicas mais significativas dos laminados de CFR obtidos experimentalmente. Os valores obtidos em cada provete estão compilados no Anexo A. O adesivo utilizado para a fixação dos laminados, com a designação comercial de MBrace Resin 220 (Degussa, 2003), é caracterizado por ter um tempo de trabalhabilidade de 60 minutos, do endurecimento total registar-se ao fim de três dias da sua aplicação e que esta deve ser efectuada com temperaturas entre os 10ºC e os 30ºC (temperaturas do Salvador Dias e Joaquim Barros 34

7 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR suporte e do material). A manta de CFR utilizada para o reforço do canto inferior das vigas tem a designação comercial S& C-Sheet gr/m 2 (S&, 2002). 50 mm 150 mm 50 mm 3x1.4 mm 10 mm Figura 29 rovetes de laminados de CFR e respectivas dimensões e ensaio de tracção uniaxial num dos provetes. Betão Tabela 7 ropriedades dos materiais (valores médios experimentais). f cm = 26.0 Ma (aos 28 dias de idade) Resistência à compressão f cm = 31.1 Ma (aos 70 dias - data do ensaio das vigas) Tensão φ6 φ12 φ16 φ25 Aço f sym * 533 Ma 446 Ma 447 Ma 444 Ma f sum ** 592 Ma 564 Ma 561 Ma 574 Ma Laminados de Resistência à tracção Módulo de elasticidade Extensão máxima *** Espessura CFR f fum = 2592 Ma ** E fm = Ga ε fum = mm * Valor médio da tensão de cedência; ** Valor médio da tensão máxima; *** Obtido pela lei de Hooke Aplicação do reforço de CFR As faixas de laminado de CFR, com secção transversal de mm 2, foram inseridas em entalhes efectuados no betão de recobrimento das faces laterais da alma das vigas. Os entalhes, com cerca de 5 mm de largura e 15 mm de profundidade, foram executados com um equipamento que dispõe de um disco de corte e dispositivos de ajuste da profundidade e do alinhamento do entalhe. Após a abertura dos entalhes, procedeu-se à sua limpeza por intermédio da aplicação de jactos de ar. Nas vigas que continham estribos de aço, o betão de recobrimento destes tinha espessura de 20 mm, tendo-se assegurado que nenhum estribo foi danificado pela abertura dos entalhes. Os laminados de CFR, fornecidos em rolos de m e com uma secção transversal de mm 2, foram cortados Salvador Dias e Joaquim Barros 35

8 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR com o comprimento desejado e posteriormente foram limpos com um desengordurante. A fixação dos laminados de CFR foi efectuada por intermédio de um adesivo epoxídico. rimeiro, o entalhe foi preenchido com adesivo e, depois, o laminado, também com adesivo aplicado nas superfícies laterais, foi inserido no entalhe. A operação de reforço termina com remoção do adesivo em excesso e a execução do acabamento final. As tarefas descritas encontram-se ilustradas na Figura 30. Abertura de entalhes com a direcção e a profundidade desejada Limpeza dos entalhes por aplicação de jactos de ar Corte dos laminados com o comprimento desejado Limpeza dos laminados com um desengordurante reenchimento do entalhe com o adesivo Aplicação do adesivo no laminado Inserção do laminado de CFR no entalhe Remoção do adesivo em excesso e execução do acabamento Aspecto final após a aplicação do reforço de CFR por intermédio da técnica NSM Figura 30 Etapas da execução do reforço ao corte com laminados de CFR segundo a técnica NSM. Na Figura 3-b) apresentou-se o cronograma das principais tarefas que devem ser executadas na aplicação da técnica NSM com laminados de CRR no reforço de elementos de betão armado. A operação de reforço ao corte com CFR aplicando a técnica da inserção de laminados (NSM) foi executada tomando em consideração princípios que devem ser a base para um rigoroso controlo de qualidade da execução deste tipo de reforço: i) os entalhes devem ser executados com a direcção e com as dimensões pré-estabelecidas de forma a que a solução de reforço projectado seja efectivamente executada e para melhor controlar o aspecto focado no ponto seguinte; ii) no momento em que se está a proceder à abertura dos entalhes é fundamental garantir que não se provoquem danos em estribos que eventualmente estejam a ser atravessados pelo entalhe. Refira- Salvador Dias e Joaquim Barros 36

9 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR se que numa aplicação em obra, se tal acontecer, é imperioso a divulgação de tal facto de forma a serem tomadas medidas de correcção desta incidência. Neste âmbito é fundamental que nos desenhos de execução do reforço de CFR, segundo a técnica NSM, apareça de uma forma clara a localização das armaduras existentes e que na altura da execução se tenha em consideração eventuais pequenos desvios entre o que está no projecto e o que foi executado em obra. Isto, naturalmente, não invalida a necessidade de uma verificação in situ, previamente à elaboração do projecto de reforço, da localização das armaduras e da espessura do betão de recobrimento; iii) de forma a proporcionar a melhor aderência possível na ligação betão-adesivo, deve ser garantido que a superfície de betão na zona dos entalhes esteja seca, isenta de gorduras e que não apresente partículas soltas; iv) de forma a garantir a melhor aderência dos laminados de CFR ao adesivo, aqueles devem estar isentos de sujidades (pó, gorduras,...). ara tal, os laminados de CFR devem ser limpos por intermédio de um desengordurante específico do sistema de reforço adoptado; v) o adesivo a utilizar deve ser o do sistema de CFR adoptado. A mistura das duas componentes do adesivo, resina (componente A) e endurecedor (componente B), deve ser efectuada atendendo às especificações técnicas, quer em termos de dosagens como no modo de mistura. O tempo de utilização do adesivo ( pot-life ) deve ser respeitado; vii) a formação de vazios na zona de ligação betão-adesivo-cfr deve ser evitada de forma a que seja garantida a melhor aderência possível na referida ligação. Conforme se referiu anteriormente, o reforço local do apoio mais solicitado da viga (ver Figura 23) foi executado por intermédio da colagem de três camadas de manta de CFR unidireccionais, com as fibras orientadas na direcção do eixo da viga (0º). Este reforço de CFR foi aplicado (ver Figura 31) por intermédio da técnica da colagem externa (EBR). Assim, após a preparação da superfície de betão a reforçar com um esmeril, incluindo o arredondamento das arestas, e a aplicação de uma camada de primário (MBrace Resin 50, Degussa (2003)) de forma a melhorar as condições de aderência do reforço, procedeu-se à colagem das três camadas de manta com uma resina epoxídica (MBrace Resin 55, Degussa (2003)). Além dos princípios anteriormente referidos para a tarefa de execução do reforço de CFR usando a técnica NSM, em termos do estado da superfície de betão a reforçar, da dosagem, da mistura das componentes e do pot-life do adesivo (neste caso existe o primário e a resina epoxídica), na aplicação das mantas de CFR coladas externamente deve existir a preocupação simultânea de garantir o alinhamento das fibras na direcção que se pretende e evitar a formação de bolhas de ar. Mais pormenores sobre a execução do reforço ao corte com mantas de CFR usando a técnica EBR podem ser consulados em Dias e Barros (2004-b). Salvador Dias e Joaquim Barros 37

10 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR reparação da superfície: esmerilagem Aplicação do primário Colagem da camada de manta após aplicação de resina na própria manta e na base onde será colada Figura 31 Reforço local do apoio mais solicitado da viga usando mantas de CFR unidireccionais aplicadas usando a técnica EBR Sistema de ensaio e instrumentação dos modelos As vigas foram submetidas a três pontos de carga até à sua rotura. Na Figura 32 apresenta-se o esquema do ensaio das vigas. ara instrumentação recorreu-se a uma célula de carga com uma capacidade máxima de carga de 500 kn para medir a força aplicada durante o ensaio e a transdutores de deslocamentos (LVDT) para medir os deslocamentos em determinadas secções da viga. Concretamente foram utilizados três LVDT s de 50 mm, dois LVDT s de 25 mm e dois LVDT s de 2.5 mm de campo de medida. Os LVDT s ficaram suportados num sistema que evita o registo de deslocamentos parasitas ( Japanese Yoke ), tal como representado na Figura 33. Os ensaios foram controlados por intermédio do LVDT colocado na secção de aplicação da carga (control), tendo-se utilizado uma velocidade de deslocamento de 0.01 mm/s. As extensões em quatro secções do laminado de CFR, com maior probabilidade de ser o mais solicitado pela fenda de rotura de corte, foram obtidas por intermédio da colagem de quatro extensómetros eléctricos (TML, 2004). Tal como pode ser constatado na Figura 34, para cada uma das soluções de reforço testadas, o laminado instrumentado foi colocado no entalhe central. A excepção foram as vigas 2S-8LI45 e 2S-8LV, onde o referido laminado foi introduzido no quarto entalhe a contar a partir da secção de aplicação da carga. Na Figura 35, para cada uma das orientações de reforço analisadas, apresenta-se o posicionamento dos quatro extensómetros no laminado que foi objecto de instrumentação. Tal como se fez para os laminados de CFR, num dos estribos de aço colocados no menor dos vãos de corte das vigas foram colados extensómetros eléctricos (TML, 2004) para a obtenção de extensões na armadura transversal. Concretamente, em todas as vigas que continham estribos de aço no menor dos vãos de corte, foram colocados três extensómetros no estribo mais afastado da secção Salvador Dias e Joaquim Barros 38

11 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR de aplicação da carga, com a excepção da viga 6S-R onde o estribo instrumentado foi o que estava na quarta posição a contar a partir da secção de aplicação da carga (ver Figura 34). O princípio utilizado na escolha do laminado de CFR instrumentado foi seguido para a escolha do estribo de aço instrumentado. Na Figura 36 apresenta-se a disposição dos extensómetros no estribo de aço que foi objecto de instrumentação. Na Figura 34 apresenta-se o posicionamento dos estribos e dos laminados instrumentados nas vigas ensaiadas. Refira-se que alguns dos extensómetros colados não funcionaram, estando esta inoperância relacionada com a operação de vibração do betão no caso dos estribos de aço e com a aplicação do reforço no caso dos laminados de CFR. Figura 32 Esquema geral do ensaio das vigas. Medidas em mm LVDT_31923 LVDT_71941 LVDT_61472 LVDT_3468 LVDT_19906 LVDT_3558 (control) LVDT_ Figura 33 Disposição dos transdutores de deslocamentos (LVDT s). Salvador Dias e Joaquim Barros 39

12 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR 2S-3LI45 3x x367 6S-R 2S-5LI45 7x x S-3LV 2S-8LI x138 2S-5LV 2S-3LI x S-8LV 2S-5LI x x195 Legenda (ver exemplo da viga 2S-7LI60): estribo instrumentado estribo instrumentado 2S-7LI60 ou ou laminado instrumentado Nota: O laminado intrumentado ficou inserido na face oposta à representada. O lado onde estão colados os dois extensómetros no estribo instrumentado é o mesmo onde está inserido o laminado instrumentado, com a excepção das vigas 2S-5LI45 e 2S-5LI x139 laminado instrumentado Figura 34 Identificação dos estribos de aço e dos laminados de CFR que foram instrumentados com extensómetros eléctricos. Salvador Dias e Joaquim Barros 40

13 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR L/5 ext. 1 ext. 2 ext. 3 ext. 4 ext. 1 L/5 ext. 2 ext. 3 L/5 ext. 4 ext. 1 ext. 2 ext. 3 ext. 4 Laminados verticais Laminados inclinados a 45º Laminados inclinados a 60º Figura 35 Disposição dos quatro extensómetros aplicados (ext. 1, ext. 2, ext. 3 e ext. 4) no laminado de CFR que foi instrumentado ao longo do seu comprimento L (solução de laminados verticais, inclinados a 45º e inclinados a 60º). ext. 1 ext. 2 ext Figura 36 Disposição dos três extensómetros num estribo de aço instrumentado. 3 - ARESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS EXERIMENTAIS Os resultados obtidos no programa experimental realizado serão apresentados e discutidos de forma a focar os seguintes aspectos: a) eficácia do reforço de CFR em termos de capacidade de carga em serviço e na rotura; b) eficácia do reforço de CFR em termos de capacidade deformacional na rotura; c) comportamento das vigas reforçadas ao longo do carregamento e respectivos modos de rotura; d) desempenho dos sistemas de reforço ao corte utilizados; e) efeito da percentagem de CFR na eficiência do reforço ao corte de vigas de betão armado por intermédio da técnica NSM; f) efeito da orientação do CFR na eficiência do reforço ao corte de vigas de betão armado por intermédio da técnica NSM; Salvador Dias e Joaquim Barros 41

14 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR g) contribuição dos vários materiais (betão, aço e CFR) na resistência ao esforço transverso Capacidade de carga em serviço e na rotura Na Tabela 8 apresentam-se, para cada um dos modelos de viga ensaiados, os valores registados para a carga de serviço ( F l 400 ) e para a carga total máxima ( F max ). A carga de serviço foi definida como sendo a carga correspondente a uma flecha na secção de aplicação da carga de valor igual a l/400, em que l é o vão livre da viga. Como as vigas ensaiadas tinham um vão livre l igual a 2.45 m, a carga de serviço ( F l 400 ) é a carga correspondente a uma flecha de mm. Atribuindo as designações l 400 F e l 400 F à carga de serviço registada nas vigas de referência contento, respectivamente, a menor (viga : φ6@300mm) e a maior (viga 6S-R: φ6@130mm) percentagem de armadura transversal, determinaram-se os factores l 400 l 400 F F e l 400 l 400 F F indicados na Tabela 8. Este princípio foi também aplicado em termos de carga máxima ( F max determinados os factores F max F max e Fmax F max indicados na Tabela 8. valores da carga máxima registada nas vigas e 6S-R, respectivamente. F max e ), tendo sido F max são os Vigas Tabela 8 Resultados obtidos em termos de carga de serviço e de carga máxima. F l 400 (kn) F l 400 F l 400 F l 400 F l 400 F max (kn) F max F max F max F max C-R * S-R S-3LV * S-5LV S-8LV S-3LI S-5LI S-8LI45 * S-3LI S-5LI S-7LI * A flecha correspondente a l/400 = mm só foi atingida após F max. Salvador Dias e Joaquim Barros 42

15 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR Em termos de carga de serviço ( F l 400 ), independentemente da percentagem de CFR, a orientação dos laminados a 60º foi a mais eficaz, pois proporcionou, relativamente à viga de referência, um aumento médio da carga de serviço de 24%, enquanto nas soluções com laminados verticais e inclinados a 45º o referido aumento médio foi de 15% e 14%, respectivamente. Assim, sendo a carga de serviço ( F l 400 ) aquela para a qual a flecha na secção de aplicação da carga vale l/400, verifica-se que em termos médios o reforço de CFR proporcionou um acréscimo de rigidez em serviço das vigas. O critério adoptado para a determinação da carga de serviço, anteriormente referido, não permite a sua quantificação para o caso da viga C-R (viga sem estribos e sem CFR), da viga 2S-3LV (reforço com três laminados verticais em cada face) e da viga 2S-8LI45 (reforço com oito laminados inclinados a 45º em cada face). Com efeito, para as referidas vigas a flecha de l/400 só foi atingida após as vigas terem atingido a sua capacidade máxima de carga (F max ). A solução de reforço que proporcionou a maior carga de serviço, de entre as vigas ensaiadas, foi a referente à viga 2S-7LI60, onde a quantidade e disposição dos laminados de CFR garantiram uma carga de serviço 30% superior à da viga sem reforço de CFR (viga ). ara o caso do reforço inserido em entalhes verticais, também foi a viga com a maior percentagem de CFR que originou a maior carga de serviço (24% superior à da viga sem reforço de CFR). O mesmo não se passou no reforço com laminados inclinados a 45º, onde foi a solução referente à percentagem intermédia de CFR (viga 2S-5LI45) que garantiu a maior carga de serviço (22% superior à da viga sem reforço de CFR). Comparando as duas soluções de betão armado contendo apenas estribos de aço como elementos resistentes ao esforço transverso (sem CFR) constata-se que a carga de serviço da viga 6S-R foi 20% superior à registada pela viga. Assim, verifica-se que, das soluções equivalentes à viga 6S-R em termos de capacidade máxima de carga (vigas reforçadas com a percentagem máxima de CFR), apenas a solução com laminados inclinados a 45º é que não conseguiu superar o acréscimo de carga de serviço proporcionado pela solução de reforço ao corte da viga 6S-R. Neste aspecto destaca-se a solução de sete laminados inclinados a 60º em cada uma das faces da viga (viga 2S- 7LI60) que garantiu um aumento da carga de serviço 8% superior ao proporcionado pela solução de reforço ao corte da viga 6S-R. Registe-se ainda o facto das soluções de cinco laminados inclinados a 45º e de cinco laminados inclinados a 60º proporcionarem valores da relação l 400 l 400 F F superiores à unidade, respectivamente, 1.02 e A análise do comportamento em serviço dos modelos reforçados com CFR será complementada na secção 3.3 do presente relatório. Salvador Dias e Joaquim Barros 43

16 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR Em termos de carga máxima verificou-se que a colocação de estribos φ6@130mm (viga 6S-R) em vez de φ6@300mm (viga ) proporcionou um acréscimo de carga na rotura de 30%. Relativamente à carga máxima da viga C-R (sem estribos de aço e sem CFR), a distribuição de estribos adoptada para o menor dos vãos de corte da viga 6S-R e da viga proporcionou um aumento de capacidade de carga de 69% e 30%, respectivamente. Tendo por base de comparação a carga de rotura registada na viga de referência, os valores da Tabela 8 indicam que a presença dos laminados de CFR no reforço ao corte, independentemente da percentagem e orientação do reforço de CFR, proporcionou um aumento da capacidade de carga das vigas (excepção da viga 2S-LV3). As soluções com a menor percentagem de CFR (maior espaçamento entre os laminados) foram as que conduziram a menores ganhos de capacidade de carga máxima: 0%, 4% e 19%, respectivamente para a solução de laminados verticais, inclinados a 45º e inclinados a 60º. A ordem do grau de eficácia das três orientações dos laminados registada na menor percentagem de CFR manteve-se para a percentagem intermédia de CFR. Com efeito, o reforço com laminados verticais, inclinados a 45º e inclinados a 60º garantiu, relativamente à carga máxima da viga, um aumento de 13%, 22% e 24%. Das vigas reforçadas com a maior percentagem de CFR, a solução com laminados inclinados a 60º, tal como aconteceu nas restantes percentagens, foi a mais eficaz, garantindo, relativamente à carga máxima da viga, um aumento de 29%, enquanto as soluções com laminados verticais e inclinados a 45º garantiram um aumento de 26% e 21%, respectivamente. Conforme foi referido anteriormente, as vigas reforçadas com a maior percentagem de CFR foram concebidas de forma a terem uma capacidade de carga semelhante à da viga de referência 6S- R. Os resultados demonstram que esse objectivo foi, de um modo geral, atingido uma vez que a capacidade de carga máxima da viga reforçada com a maior percentagem de laminados verticais, inclinados a 45º e inclinados a 60º foi, respectivamente, 96%, 93% e 99% da atingida pela viga 6S-R. Em relação às vigas reforçadas com a percentagem intermédia de CFR, as soluções com laminados verticais, inclinados a 45º e inclinados a 60º tiveram uma capacidade de carga máxima, respectivamente, 77%, 94% e 96% da carga máxima da viga 6S-R. A maior eficácia do reforço com laminados inclinados a 60º foi notória também para as soluções com a menor percentagem de CFR, garantindo 91% da capacidade máxima de carga da viga 6S-R, ou seja, teve uma capacidade de carga 1.19 vezes superior à carga máxima da viga. ara esta gama de percentagem de CFR e relativamente à viga não reforçada, a solução com laminados verticais não garantiu qualquer acréscimo de carga máxima enquanto a solução com laminados inclinados a 45º garantiu um acréscimo de carga de 4%, ou seja, 80% da carga máxima registada na viga 6S-R. Salvador Dias e Joaquim Barros 44

17 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR De forma a ilustrar algumas das considerações anteriormente referidas, na Figura 37 apresenta-se para as várias vigas ensaiadas a distribuição da respectiva carga máxima em função dos materiais resistentes ao esforço transverso no menor dos vãos das vigas. 450 Contribuição do betão Contribuição dos estribos de aço Contribuição do CFR Carga máxima (kn) C-R 6S-R 2S-3LV 2S-5LV 2S-8LV 2S-3LI45 2S-5LI45 2S-8LI45 2S-3LI60 2S-5LI60 2S-7LI60 Vigas ensaiadas Figura 37 Carga máxima de cada viga ensaiada em função dos materiais resistentes ao esforço transverso no menor dos vãos de corte das vigas Capacidade deformacional na rotura Na Tabela 9 apresentam-se, para cada um dos modelos ensaiados, os valores registados para a flecha na secção de aplicação da carga correspondente à carga F max ( δ max ). Atribuindo as designações δ max e δ max ao valor da referida flecha registado nas vigas de referência contento, respectivamente, a menor (viga : φ6@300mm) e a maior (viga 6S-R: φ6@130mm) percentagem de armadura transversal, respectivamente, determinaram-se os factores indicados na Tabela 9. δ max δ max e δ max δ max De um modo geral é possível verificar, por comparação do valor da flecha δ max das vigas reforçadas com CFR com o valor de da flecha δ max da viga, que a capacidade deformacional na rotura não foi sensível à presença do reforço ao corte de CFR. As excepções foram os casos das vigas 2S-3LV e 2S-8LI45 que registaram valores da flecha δ max mais baixos do que a verificada na viga ( δ max ). Este baixo nível de capacidade de deformação na rotura verificado nas vigas reforçadas com CFR, também, é evidente analisando os valores do factor δ max δ max, onde é Salvador Dias e Joaquim Barros 45

18 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR possível constatar que, exceptuando o caso da viga 2S-5LV5 que teve uma flecha máxima δ max semelhante à registada na viga 6S-R ( δ max ), as vigas reforçadas com CFR registaram na rotura uma flecha na secção de aplicação da carga ( δ max ) entre os 67% a 84% da verificada na viga 6S-R ( δ max ). Comparando directamente os modelos que continham a maior percentagem de CFR (vigas 2S-8LV, 2S-8LI45 e 2S-7LI60) com o modelo equivalente em betão armado (viga 6S-R) é possível verificar que este apresenta uma capacidade deformacional 30% superior. Os valores da Tabela 9 permitem constatar o baixo nível de capacidade de deformação na rotura das vigas ensaiadas. Esta evidência, além de estar associada à geometria do modelo, está relacionada com o facto de as vigas estarem pouco armadas em termos de resistência ao esforço transverso, pois foi requisito inicial deste trabalho que fosse garantida uma rotura das vigas por corte de forma a tentar avaliar o rendimento do CFR na sua plenitude. Isto naturalmente não seria possível se o modo de rotura das vigas fosse por flexão. Tabela 9 Resultados referentes à flecha na secção de aplicação da carga correspondente à carga máxima. Vigas δ max (mm) δ max δ max δ max δ max C-R S-R S-3LV S-5LV S-8LV S-3LI S-5LI S-8LI S-3LI S-5LI S-7LI Comportamento dos modelos ao longo do seu carregamento e modos de rotura Vigas sem reforço ao corte de CFR Na Figura 38 apresentam-se as curvas carga vs deslocamento na secção de aplicação da carga referentes às vigas sem reforço ao corte com CFR: sem a presença de qualquer armadura transversal Salvador Dias e Joaquim Barros 46

19 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR (viga C-R), com estribos de aço φ6 afastados de 300 mm (viga ) e com estribos de aço φ6 afastados de 130 mm (viga 6S-R). O modo de rotura por corte de cada uma destas vigas e o padrão de fendilhação registado no final do ensaio encontram-se ilustrados na Figura C-R 400 6S-R Carga (kn) C-R 150 3x S-R x130 Deslocamento na secção de aplicação da carga (mm) Figura 38 Curvas carga vs deslocamento na secção de aplicação da carga das vigas sem reforço de CFR. 6S-R C-R Figura 39 Vigas sem reforço de CFR posteriormente à realização dos ensaios. Na viga C-R, após o aparecimento de um número reduzido de fendas de flexão, surgiu uma fenda diagonal de corte no menor dos seus vãos de corte. Com o aumento do carregamento esta fenda começou a desenvolver-se e a abrir em direcção ao apoio e ao ponto de aplicação da carga. No entanto, verificou-se que ela não progrediu rapidamente até ao apoio. Na realidade, o facto de a viga apresentar dois níveis de armaduras longitudinais e o facto de existir o reforço do referido apoio com mantas de CFR proporcionaram a existência de uma zona de betão altamente confinado. Este facto Salvador Dias e Joaquim Barros 47

20 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR permitiu que a fenda de corte ao atingir o nível das armaduras longitudinais não progredisse até ao apoio permitindo a formação de uma biela de compressão que proporcionou à viga uma capacidade de carga adicional. A biela de compressão teve como apoios a zona referente ao nível das armaduras longitudinais e a secção de aplicação da carga. A rotura acabaria por ocorrer com a abertura excessiva da fenda de rotura de corte que se formou de forma contínua entre o apoio e o ponto de aplicação da carga. A sequência das fotografias da Figura 40 ilustra as principais fases da formação da fenda de rotura de corte da viga C-R. Na curva que traduz o comportamento da viga C-R em termos da relação carga vs deslocamento na secção de aplicação da carga (Figura 38), concretamente até ao ponto de carga máxima, existem de uma forma genérica três ramos: os dois extremos são ascendentes e o intermédio é aproximadamente horizontal. O primeiro ramo ascendente correspondente à fase inicial do carregamento e é limitado superiormente pela carga (160 kn) correspondente ao aparecimento da fenda de corte que originaria a rotura da viga. O segundo ramo corresponde à fase pré-formação da biela de compressão (a carga máxima registada foi de 168 kn). Finalmente, o terceiro dos ramos anteriormente referidos traduz o efeito da biela de compressão e é balizado superiormente pela carga máxima que a viga atingiu (243 kn). Desenvolvimento da fenda de corte na direcção do apoio e do ponto de carga Biela de compressão instalada Figura 40 rocesso da formação da fenda de rotura de corte. Rotura da viga Nas vigas com estribos de aço (vigas e 6S-R), após o desenvolvimento de fendas de flexão (em maior número no caso da viga com maior percentagem de estribos) surgiram fendas diagonais de corte em cada um dos vãos de corte. A rotura em ambas as vigas acabou por ocorrer por abertura excessiva de uma fenda de corte que se desenvolveu no menor dos vãos de corte (a), onde se registou a rotura de vários estribos atravessados pela referida fenda, conforme pode ser observado na Figura 41 (dois estribos no caso da viga e quatro estribos no caso da viga 6S-R). Nas duas fotografias do lado direito da Figura 41 assinala-se o posicionamento, com linhas rectas verticais, dos estribos existentes no menor vão de corte (a) das vigas (dois estribos) e 6S-R (seis estribos) e identificam-se as secções onde os estribos rebentaram por intermédio de circunferências a tracejado. O caminho que a fenda de rotura percorreu no vão de corte (a), desde o apoio até ao ponto de aplicação da carga, está ilustrado nas fotografias do lado esquerdo da Figura 41. Salvador Dias e Joaquim Barros 48

21 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR 6S-R 6S-R Figura 41 ormenorização da zona de rotura das vigas 6S-R e : fenda de rotura de corte, posicionamento dos estribos e zona onde rebentaram. Em termos de padrão de fendilhacão final instalado nas vigas em análise, representado na Figura 39, verificou-se que foi tão mais difuso, quanto maior foi a capacidade de carga das vigas, ou seja, foi mais difuso na viga 6S-R que continha a maior percentagem de estribos no menor dos vão de corte (F max = 410 kn) e menos difuso na viga C-R que não continha qualquer estribo no referido vão de corte (F max = 242 kn). O nível de fendilhação na viga (F max = 315 kn) ficou balizado entre os dois referidos anteriormente. Na viga C-R é possível verificar que uma grande parte do maior vão de corte não se encontra fendilhado. Tal como se pode observar na Figura 39, o comprimento de vão das vigas, adjacente ao apoio do maior vão de corte, onde o betão não se encontra fendilhado foi inversamente proporcional à capacidade de carga das vigas. Este sentido de evolução, também, se verificou em termos de abertura das fendas. Relativamente à inclinação da fenda diagonal de corte que provocou a rotura das vigas de betão armado (C-R, e 6S-R), da análise da Figura 39 é possível concluir que, relativamente ao eixo da viga, a referida fenda apresenta uma maior inclinação no caso da viga C-R (sem estribos de aço no menor vão de corte). Concretamente, verificou-se que a inclinação da fenda de rotura de corte relativamente ao eixo da viga foi de 45º, 34º e 35º, respectivamente, para as vigas C-R, e 6S-R. Numa primeira análise pode-se avançar que, para uma solução de reforço ao corte de vigas de betão armado recorrendo à técnica NSM com laminados de CFR, a melhor disposição do reforço será a colocação de laminados a 45º no caso de não existirem estribos de aço, e a colocação de laminados a 60º no caso das vigas conterem alguma percentagem de estribos. Numa outra fase da análise de resultados experimentais obtidos, nomeadamente, na análise comparativa do rendimento da solução com laminados a 45º vs laminados a 60º este aspecto será novamente analisado. Salvador Dias e Joaquim Barros 49

22 Reforço ao corte de vigas T de betão armado usando a técnica NSM com laminados de CFR Na viga sem estribos de aço, a fenda de rotura de corte está posicionada mais próximo do ponto de aplicação da carga do que o verificado nas vigas com estribos de aço (ver Figura 39). Este facto é vantajoso para a capacidade resistente das vigas com estribos de aço pois a fenda tem que vencer um maior caminho na zona da ligação alma/banzo Vigas com reforço ao corte de CFR Viga reforçada com três laminados verticais em cada face do menor vão de corte (2S-3LV) A sequência do ensaio da viga 2S-3LV, no vão de corte onde ocorreu a sua rotura, está ilustrada nas fotografias da Figura 42. A primeira fenda registada foi de flexão e surgiu entre a secção de aplicação da carga e o laminado mas próximo da referida secção. osteriormente, apareceram duas fendas diagonais de corte, que progrediram até à face inferior da alma da viga e até à zona da ligação alma/banzo, tendo interceptado cada uma delas, um estribo de aço e um laminado de CFR (a posição dos estribos de aço pode ser observada na Figura 42-i). As fendas diagonais de corte que alcançaram a ligação alma/banzo mudaram de direcção, passando a ser horizontais, e progrediram no sentido da zona da viga onde a carga estava a ser aplicada. ara um carregamento de cerca de 308 kn desenvolveu-se, de uma forma acentuada, uma fenda de corte entre os dois laminados de CFR mais próximos da secção de aplicação da carga (Figura 42-c). Esta fenda, que alcançou o laminado central e contornou o laminado mais próximo da secção de aplicação da carga, concretamente pela zona da ligação alma/banzo (Figura 42-d), esteve na origem do patamar aproximadamente horizontal que a curva de comportamento, carga vs deslocamento na secção de aplicação da carga, da viga 2S-3LV apresenta, previamente, ao ponto correspondente à carga máxima (ver Figura 43). A capacidade de carga máxima da viga 2S-3LV (316 kn) foi atingida quando se deu a rotura do estribo mais próximo da secção de aplicação da carga. Refira-se que este estribo rompeu numa zona que foi atravessado pela fenda de corte anteriormente referida, conforme pode ser observado na fotografia do lado esquerdo da Figura 42-i). Após a rotura do estribo ocorreu o pull-out do laminado central em ambas as faces da viga. O comprimento efectivo médio de aderência que se verificou nos laminados centrais que cederam por pull-out foi de 8 cm. osteriormente, ocorreu a rotura do estribo mais próximo do apoio, junto ao laminado central. Na Figura 42-g) e na Figura 42-h) ilustra-se, em ambas as faces da viga, o padrão de fendilhação no menor dos vãos de corte, onde ocorreu a rotura da viga, e que foi registado após o ensaio. Na Figura 42-i) apresenta-se a pormenorização da rotura por corte, em ambas as faces da viga, com a identificação dos estribos atravessados pelas fendas de corte (as duas rectas verticais correspondem a dois estribos) e a localização das secções onde estes rebentaram. Salvador Dias e Joaquim Barros 50