MODELO DE RESUMO EXPANDIDO - SITEC2012 - Semana do ...

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 10
Resumo
PILARES DE CONCRETO COM CANTOS ABAULADOS E
ENCAMISAMENTO PARCIAL REFORÇADOS COM CFRP
Orientanda: Leonyce Sousa dos Santos 1 ;
Orientador: Prof. Dr. Dênio Ramam Carvalho de Oliveira 2
Para reabilitação de estruturas comprimidas ou aumentar a capacidade resistente desses
elementos, a técnica de confinamento é a mais aplicada como reforço, dentre os
matérias utilizados nesta técnica está o compósito de fibra de carbono. São focos de
estudos os resultados experimentais para três grupos de quatro pilares de concreto,
divididos por seções transversais variando em (100x100) mm, (100x120) mm e
(100x150) mm, sendo um pilar de referência por grupo e três pilares de cada grupo
apresentaram, em ambas as extremidades, o abaulamento das arestas em faixas de 160
mm, com variações de raios igual a 50 mm, 55 mm e 60 mm. Todos foram submetidos à
compressão axial, e os pilares abaulados tiveram suas extremidades confinadas por uma
faixa de tecido de fibra de carbono, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). A
resistência à compressão do concreto foi em média 47 MPa aos 35 dias de idade. O
principal objetivo do trabalho foi avaliar a influência da variação do raio de
abaulamento dos cantos dos pilaretes no desempenho dos reforços. Os elementos que
apresentaram os cantos arredondados com menor raio, embora tendo suas seções
reduzidas, obtiveram acréscimos significativos na resistência última, em comparação as
pilaretes de mesma seção. O desempenho dos reforços foi satisfatório.
Palavras-chave: concreto armado, pilar, CFRP, fibra de carbono.
Introdução
Os elementos estruturais são dimensionados para reagis aos esforços solicitantes, ao longo de
sua vida útil, satisfazendo a necessidade para qual foi projetado. Porém, nas fases de projeto,
execução e utilização, podem ocorrer aumento das solicitações ou redução da capacidade
resistente desses elementos, em decorrências de falha no projeto, má especificação dos
materiais, falha na execução, aumento da sobrecarga de utilização da construção e desgaste
naturas dos elementos. Estas patologias provocam uma perda contínua e acentuada do nível de
segurança da estrutura, que deve sofrer intervenção de reforço, quando possível, visando
restaurar do nível de segurança exigido. Mas, segundo MACHADO (2002) os reforços podem
também reabilitar os elementos em boas condições para permitir o aumento das cargas
solicitantes para atender as mudanças de destinação. Entre as técnicas de reforço estrutural, no
que refere a pilares, destaca-se o confinamento passivo com material compósito com fibras de
carbono (CFRP). A utilização deste sistema de reforço em estruturas se iniciou na década de 80,
no Japão, quando as autoridades japonesas tomaram à decisão de reforças as construções
existentes, principalmente aos do sistema viário, devido à constates ameaças de sismos. No
Brasil, uma das primeiras aplicações foi no reforço estrutural do viaduto Santa Tereza, uma obra
da prefeitura de Belo Horizonte (site). O confinamento é uma das principais técnicas para
reforço de pilares de concreto submetidos à compressão axial e excêntrica, trazendo-lhe
diversos benefícios em seu comportamento estrutural. Porém, segundo SUDANO (2005),
dependendo da forma da seção transversal o grau de eficiência do reforço pode variar devido à
distribuição da pressão de confinamento. Assim, quanto mais próxima de um circular for a
seção transversal do pilar a ser reforçado, mais uniforme será a distribuição das pressões de
confinamento e conseguintemente, maior será a eficiência do reforço. O presente trabalho tem
por objetivo de avaliar a influência da variação do raio de abaulamento dos cantos dos pilares
curtos, submetidos a um carregamento normal, com seção transversal quadrada e retangular, no

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que tange o desempenho dos reforços de confinamento parcial por CFRP nas extremidades,
através da variação da capacidade resistente última.
Programa experimental
O concreto utilizado nos pilares foi dosado “in loco” empregando o cimento Portland CPII - Z
32. O agregado miúdo e o agregado graúdo utilizados foram à areia lavada de rio e o seixo fino
com diâmetro característico de até 9,5 mm. Para o concreto determinou-se a resistência
característica à compressão aos 35 dias de idade a partir de ensaios de compressão axial, de
acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994). A determinação do módulo de elasticidade do concreto
estar de acordo com a NBR 8522 (ABNT, 2003). Utilizou-se EER nos corpos-de-prova a fim de
verificar as deformações no decorrer dos ensaios.
Foram confeccionados 12 (doze) modelos reduzidos de pilares (h=500 mm) ensaiados à
compressão axial no LEC da UFPA, sendo que nove foram reforçados com material compósito
de fibra de carbono (CFRP). Em todos os reforços foi utilizada uma faixa de tecido de fibra de
carbono nas extremidades dos pilares com 160 mm de largura. Dentre os pilares com seção
transversal quadrada de 100 mm x 100 mm, um foi de referência e os demais apresentaram
cantos abaulados e reforço. Dos pilares com seção transversal retangular de 120 mm x 100 mm
e 150 mm x 100 mm, dois foram de referência e seis apresentaram cantos abaulados e reforço.
A variação dos raios de abaulamento dos cantos, tanto nos pilares quadrados quanto nos
retangulares, foi: r = 50 mm, r = 55 mm e r = 60 mm. A figura 1 mostra os raios de abaulamento
e detalhes dos pilaretes.
O sistema de reforço estrutural MFC-130 é composto por três componentes principais: o primer
epóxico, o adesivo epóxico estruturante e a manta de fibra de carbono. O tecido é formado por
fibras de carbono unidirecionais orientadas na direção longitudinal, com a fibra de carbono
tendo resistência à tração de 3550 MPa. O comprimento da fibra de carbono correspondeu a
uma vez e meia o perímetro da seção transversal para todos os pilaretes. Para os pilaretes
cilíndricos o tamanho da faixa de fibra de carbono foi o comprimento da circunferência mais o
traspasse de meia circunferência. Em seguida, preparou-se o primer epóxico na proporção 5:1 e
misturou-se o mesmo e após sua homogeneização, aplicou-se nos pilares com o auxilio de um
rolo (figura 2). Após aproximadamente 3 horas o primer atingiu a viscosidade ideal e então a
primeira camada de resina epóxi pôde ser aplicada e depois a primeira camada de fibra. Uma
segunda demão do epóxi estruturante foi aplicada sobre a fibra para uniformização e os pilares
ficaram em processo de cura por sete dias. Após 35 dias de suas moldagens, os pilaretes foram
submetidos a ensaios de compressão axial. A tabela 1 apresenta a bateria de ensaios realizados.
Seção
100x100 (mm)
Seção
100 x 120 (mm)
Seção
100 x 150 (mm)
PQR
PRR01
PRR02
PQA01
PRA01
PQA02
PRA02
PRA04
PRA05
PQA03
PRA03
PRA06
Figura 1 – Raios de abaulamento e dimensões dos pilaretes.

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Pilar
Seção
Figura 2 – Etapas de aplicação do CFRP
Tabela 1 – Características dos pilaretes.
Dimensões
(mm)
b x/b y Raio (mm) Área (mm²)
Tipo de Reforço
CFRP
PQR Quadrado 100 x 100 1,0 - 10000 Sem Reforço
PQA01 Circular D=100 1,0 50 7854 02 faixas nas extremidades
PQA02 Quadrado-Abaulado 100 x 100 1,0 55 8887 02 faixas nas extremidades
PQA03 Quadrado-Abaulado 100 x 100 1,0 60 9509 02 faixas nas extremidades
PRR01 Retangular 120 x 100 1,2 - 12000 Sem Reforço
PRA01 Retangular-Abaulado 120 x 100 1,2 50 9854 02 faixas nas extremidades
PRA02 Retangular-Abaulado 120 x 100 1,2 55 10946 02 faixas nas extremidades
PRA03 Retangular-Abaulado 120x 100 1,2 60 11509 02 faixas nas extremidades
PRR02 Retangular 150 x 100 1,5 - 15000 Sem Reforço
PRA04 Retangular-Abaulado 150 x 100 1,5 50 12854 02 faixas nas extremidades
PRA05 Retangular-Abaulado 150 x 100 1,5 55 13884 02 faixas nas extremidades
PRA06 Retangular-Abaulado 150 x 100 1,5 60 14509 02 faixas nas extremidades
Resultados
Os valores obtidos nos ensaios de compressão axial dos pilares (F u ) encontram-se na tabela 4.
Observou-se que, como era esperado, para o pilar se seção quadrada com raio de abaulamento
de 50 mm o ganho de resistência e ductilidade fosse expressivo, levando em consideração que a
área bruta desse pilar é significativamente menor que a área do pilar de referência. Essa
estimativa utiliza uma área efetiva de concreto confinado correspondente a 60 % da área bruta
da seção transversal para pilares quadrados e retangulares. Estes pilares, com um raio de
abaulamento de 50 mm, apresentaram os melhores resultados quando comparados com os raios
de 55 mm e 60 mm. O raio de abaulamento de 55 mm não apresentou ganho de resistência em
relação aos pilares de referência, tanto para o pilar quadrado quanto para os retangulares.
Provavelmente o reduzido ganho de resistência para os pilares de seção transversal retangular
com os cantos abaulados tenha minimizado a influencia dos raios de abaulamento, devido à
dificuldade de propagação de tensões de confinamento em seções elípticas ou similares, como
apresenta SUDANO (2005). Os resultados foram comparados utilizando a relação F u /F cc , sendo
F cc a força estimada pela norma americana. A figura 3 mostra os pilaretes após a ruptura.
F u
Tabela 04 – Cargas de ruptura e ganho de resistência.
F u
Pilar
(kN)
Ganho (%) Pilar
(kN)
Ganho (%) Pilar F u (kN) Ganho (%)
PQR 316.0 - PRR - 01 478.0 - PRR - 02 496.0 -
PQA - 01 472.0 49,4 PRA - 01 564.0 18,0 PRA - 04 580.0 16,9
PQA - 02 375.0 18,6 PRA - 02 402.0 -- PRA - 05 415.0 --
PQA - 03 457.0 44,6 PRA - 03 518.0 8,4 PRA - 06 496.0 --

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Figura 3 – Aspecto dos pilaretes após os ensaios.
Conclusões
Os pilares com raio de abaulamento de 50 mm apresentaram os melhores rendimentos do
reforço em relação aos pilares de referência, considerando-se que este raio é o que provoca a
maior subtração de área bruta do pilar. O pilar PQA-01, com seção transversal muito próxima
da circular, apresentou um rendimento de 49,4 %. Para os pilares com raio de abaulamento de
55 mm, não foi verificado ganho de resistência. Os pilares com raio de abaulamento de 60 mm
apresentaram um rendimento intermediário, considerando que esse raio de abaulamento é o que
tem a menor subtração de área bruta do pilar. Os resultados dos três raios de abaulamento
corroboram os resultados que indicam que o reforço de pilares com seção circular é mais
eficiente que aquele em pilares de seção quadrada e retangular, e demonstram claramente que o
rendimento do reforço diminui com o aumento da relação b x /b y .
Referências bibliográficas
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – Ensaio de
compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de janeiro, 1994.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8522: Concreto –
Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão
deformação. Rio de janeiro, 2003.
MACHADO, A. P. Reforço de estruturas de concreto armado com fibras de carbono. PINI, São
Paulo, 2002.
SUDANO, A. L. A influência da forma da seção transversal no confinamento de pilares de
concreto armado encamisados com PRFC (polímero reforçado com fibra de carbono).
Dissertação de mestrado em Engenharia. EESC/USP. São Paulo, 2005, 147 p.
1
Estudante. Faculdade de Engenharia Civil. E-mail; leonycesantos@yahoo.com.br
2
Orientador. Faculdade de Engenharia Civil. E-mail; denio@ufpa.br