Para moldagem das vigotas dos grupos A e B, produziu-se um concreto convencional, sem a incorporação de aditivo, cuja composição encontra-se descrita na Tabela 4.2. Já as vigotas do grupo C foram moldadas produzindo-se um compósito cimentício de argamassa com adição de fibras curtas de aço.
A mistura dos materiais foi realizada mecanicamente em betoneira elétrica de eixo horizontal com capacidade nominal de 200 litros. Lançou-se o concreto na fôrma metálica por meio de colheres e o seu adensamento foi feito em mesa vibratória.
Para caracterização do concreto comum e do compósito de argamassa, foram moldados, para cada vigota, cinco corpos-de-prova cilíndricos de 10 cm x 20 cm e três corpos-de-prova prismáticos de 15 cm x 15 cm x 50 cm. Os corpos-de-prova e as
vigotas foram retirados da fôrma vinte e quatro horas depois da moldagem, sendo em seguida armazenados em câmara úmida.
O reforço com manta de fibras de carbono foi aplicado no banzo tracionado das vigotas, seguindo-se os procedimentos sucintamente descritos a seguir.
Inicialmente, retirou-se a fina camada superficial de pasta de cimento até exposição parcial dos agregados graúdos, com uso de disco metálico diamantado acoplado a uma esmerilhadeira elétrica. A Figura 4.3 mostra o aspecto do substrato após a retirada dessa camada superficial.
Tabela 4.2 – Composição da mistura de materiais para moldagem das vigotas
Concreto Compósito Material Traço em
massa específica Massa Traço em massa específica Massa
Cimento CP-V ARI PLUS 1,0 3,15 kg/dm3 1,0 3,15 kg/dm3
Areia 2,3 2,65 kg/dm3 3,0 2,65 kg/dm3
Brita 1 2,3 2,70 kg/dm3 - -
a/c 0,5 - 0,5 -
Consumo de cimento (kg/m3) 400 - 512 -
Teor de fibra de aço* - - 2% 7,80 kg/dm3
Aditivo – Superplastificante
Glênium 51 - - 0,4% 1,09 kg/dm3
*
fibra curta de aço com 25mm de comprimento e 0,75mm de diâmetro
Figura 4.3 – Aspecto do substrato após a retirada da camada de nata de cimento
Em seguida procedeu-se o corte da manta de PRFC nas dimensões necessárias. O adesivo epóxi bi-componente foi misturado na proporção recomendada pelo fabricante. A Figura 4.4-b mostra o aspecto da mistura após homogeneização dos componentes.
a) manta já cortada b) componentes após homogeneização Figura 4.4 – Detalhe da manta e do adesivo
Uma fina camada de adesivo foi aplicada pelo substrato da viga com auxílio de uma espátula metálica. Essa tarefa foi cuidadosamente executada, procurando-se manter a espessura da camada de resina o mais regular possível.
Prosseguiu-se com a colocação da manta sobre o adesivo, pressionando-a com as próprias mãos e em seguida com um pequeno rolo metálico, obrigando o refluxo do adesivo por entre as fibras de carbono. Aplicou-se uma camada de adesivo sobre a manta para finalizar a aplicação do reforço na vigota (Figura 4.5).
Figura 4.5 – Vigotas reforçadas
A manta de fibra de carbono foi fornecida pela Texiglass Indústria e Comércio Têxtil e o adesivo epóxi pela Sika. As propriedades desses materiais estão são indicadas na Tabela 4.3.
Tabela 4.3 – Propriedades do sistema de reforço
Propriedades Fibras de carbono* Resina epóxi**
Espessura efetiva 0,17 mm -
Resistência à tração 2.603 MPa 30 MPa
Módulo de elasticidade 209.000 MPa 3.800 MPa
Deformação última 13‰ 9‰
Proporção da mistura - 4:1 em peso
Consumo - 0,7 a 1,2 kg/m2
*
conforme caracterização realizada por Carrazedo (2005);
**
conforme informações do fabricante
4.2.3.Configuração do ensaio
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos - LE-EESC, por meio de um equipamento servo-hidráulico da marca Instron modelo 8506, que possibilitou a aplicação do carregamento por meio do controle de deslocamento do pistão a uma taxa de 0,005 mm/s. Na Figura 4.6 pode-se observar o aspecto geral do ensaio.
Optou-se por acoplar uma célula de carga de 100 kN à máquina Instron por se considerar que a capacidade do equipamento (3000kN) é muito superior à força de ruína das vigotas. Os valores de força foram então registrados com base na célula de carga acoplada.
Figura 4.6 – Aspecto geral do ensaio
Transdutor no meio do vão Strain gauges no concreto Strain gauges no reforço Strain gauges na armadura
Durante a realização dos ensaios, foi feito o monitoramento de força, deslocamentos e deformações específicas por meio de um sistema automático de aquisição de dados. As características dos equipamentos e instrumentos de medição utilizados nos ensaios das vigotas estão resumidas na Tabela 4.4.
Para tomada dos deslocamentos verticais no meio do vão foi utilizado um transdutor de deslocamentos que se encontrava apoiado num suporte denominado “yoke”. Extensômetros elétricos de resistência (strain gauges) foram colados ao concreto, armadura e ao longo do reforço para obtenção de valores de deformações. Tanto as barras de aço da armadura, quanto a região comprimida de concreto foram instrumentadas na seção central da vigota. Utilizou-se um extensômetro em cada barra de aço da armadura inferior. Já a disposição dos extensômetros no reforço, encontra-se ilustrada na Figura 4.7.
Tabela 4.4 – Características técnicas dos equipamentos e instrumentos de medição utilizados
Equipamentos e
instrumentos Marca e modelo Características Finalidade
Máquina de ensaio servo-hidráulica Instron Modelo 8506 Controle de deslocamento do pistão Aplicação de carregamento nas vigas Sistema de aquisição de dados de extensometria Vishay Measurements Group System 5000 - Aquisição automática de dados Extensômetros elétricos de resistência Kyowa KGF-5-120-C1-11 GF = 2,12
Medição das deformações do concreto, aço e reforço Transdutores de
deslocamento Kyowa DT-20D / base de 20 mm
Medição de deslocamentos Extensômetro
removível MSI Base de medida de 10 cm
Medição do encurtamento do concreto no ensaio de
compressão Célula de carga Kyowa Capacidade nominal de
100kN
Medir carregamento aplicado nas vigas
meio do vão 1 2 3 4 5 manta apoio apoio extensômetro 7 7 7 7 30 60
a) disposição dos extensômetros b) extensômetros colados Figura 4.7 – Disposição dos extensômetros no reforço