Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo AVALIAÇÃO DA ADERÊNCIA ENTRE O CONCRETO E SISTEMA DE REFORÇO COM.

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1 Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo AVALIAÇÃO DA ADERÊNCIA ENTRE O CONCRETO E SISTEMA DE REFORÇO COM FIBRA DE CARBONO Campinas, Março, de 2010 Marcio Vinicius Marini Orientador: Prof. Dr. Derval dos Santos Rosa Co-orientador Prof. Dr. Armando Lopes Moreno Júnior

2 Sumário Objetivo Objetivos Específicos Justificativa 1. Introdução 2. Materiais e Métodos 3. Ensaio realizados e Analise 4. Apresentação dos Resultados 5. Conclusão

3 Objetivo Este trabalho tem como objetivo avaliar a aderência entre o sistema de reforço com fibra de carbono e os concretos com resistência à compressão de 15MPa, 40MPa e 60MPa e analisar os tipos de rupturas ocasionados neste sistema.

4 Objetivos Específicos  Analisar a influência das propriedades físicas dos concretos como: porosidade e rugosidade na aderência entre o reforço com fibras e os diferentes substratos de concretos;  Avaliar a morfologia da superfície dos diferentes susbtratos e relacionar com a resistência à compressão;  Relacionar o efeito da resistência à compressão do substrato na aderência com sistema de reforço com fibra de carbono;  Classificar os tipos de rupturas entre o sistema de reforço com fibra de carbono e os diferentes concretos.

5 Justificativa No sistema de reforço com compósito fibra de carbono, apresenta uma interface entre o concreto e o reforço de (PRFC). Esta interface é formada pelo adesivo estrutural, que tem como função aderir no substrato de concreto e transferir as tensões para o reforço de fibra de carbono. Seção Longitudinal-Sistema de Reforço com (PRFC)

6 Justificativa O substrato de concreto apresenta propriedades físicas (poros, rugosidade e microestrutura ) e propriedades mecânica (resistência axial), que influenciam na adesão do adesivo estrutural, assim comprometendo o sistema de reforço com fibra de carbono. Desenho Esquemático

7 Justificativa - A necessidade do uso de reforço em estruturas de concreto tem sido cada vez mais estudados devido ocorrência de problemas estruturais; - O método tradicional de reforço de estrutura em concreto envolvendo a instalação de chapas de aço na extremidade inferior do elemento, apresenta má aderência entre o concreto e a chapa de aço; - A procura de novos tipos de reforços de estruturas de concreto com características de leveza, inerte elevada resistência a tração e principalmente boa aderência tem sido uma necessidade; -Estudos experimentais comprovam que o sistema de reforço com fibra de carbono é eficiente em estruturas de concreto, no entanto estes não apresentam estudos o efeito dos fatores como, porosidade, rugosidade, resistência à compressão na aderência com o sistema de reforço com fibra de carbono.

8 1. Introdução Em 1960 surgiram problemas de corrosão na superfície das estruturas de concreto das pontes de rodovias dos USA, devido: - Clima com alto fator de salinidade e umidade. - Falta de cobrimento de armadura. - Falta de manutenção - Necessidade de reforço Os métodos tradicionais de reforço desta época era a fixação de chapas galvanizadas exposta ao clima agressivo. Em 1980 a companhia Pultrusion Internacional Grating reconheceu a fibra de carbono como um novo material de reforço. Em 1986 a primeira ponte rodoviária do mundo usou a fibra de carbono para reforço de sua estrutura, na Alemanha.

9 1. Introdução Propriedades da fibra de carbono e do aço. Esquema estrutural do reforço com fibras no elemento concreto armado.

10 1. Introdução

11 2. Materiais e Método Para pesquisa experimental foram utilizados os seguintes materiais para moldagem das amostras: -Cimento Portland Composto –CPII-32; -Agregado Graúdo : origem da região de Campinas –SP; -Agregado Miúdo: natural do rio; -Aditivo superplastificante (Glenium 51); Para aplicação do Sistema de Reforço com Compósito de fibra de carbono foram utilizados os seguintes materiais: -Manta de PRFC –CF 130 Elevada Tração -Resina de Imprimação TEC-POXI PR -Massa de Regularização TEC-PUTYY -Resina Epoxídica TEC-POXI

12 2. Materiais e Método Foram moldados três amostras (quadradas) com dimensão de 30x30x5cm e oito amostras (cilíndricas) com dimensão de 10cm diâmetro e 20cm altura, totalizando 11 amostras com seguintes resistência: 15MPa-Resistência Baixa 40MPa-Resistência Moderada 60MPa-Resistência Alta Amostras utilizadas na pesquisa

13 2. Materiais e Método Tratamento Superficial nas AmostrasAplicação do Primer e Resina

14 Aplicação do Saturante 2. Materiais e Método Aplicação Manta (PRFC)

15 3. Ensaio realizados e Analise Índice de vazios – NBR 9778 (ABNT, 2005) Resistência à compressão axial NBR 5739 (ABNT, 1994) Composição Granulométrica, Massa Específica e Massa Unitária NBRNM 248, 52 e 45 (ABNT, 2003) Rugosidade do Substrato ISO 4287 -1997 Analise da Microestrutura do Concreto. Resistência ao Arrancamento.

16 4. Apresentação dos Resultados As amostras com menor relação água/cimento proporcionaram maiores resistência a compressão. Influência da relação água cimento à resistência compressão

17 4. Apresentação dos Resultados Variação da Absorção de água em função da resistência a compressão A variação da resistência à compressão de 15 para 60 MPa mostrou uma diminuição da absorção de água. Concreto de alta resistência possui menor interconectividade dos poros, também denominada porosidade capilar.

18 4. Apresentação dos Resultados Variação do índice de vazios em função da resistência mecânica O índice de vazios do concreto diminui com aumento da resistência, pode ser explicado pelo fato dos concretos com maiores resistências possuírem maiores quantidades de cimento em sua microestrutura, dessa forma, um maior fator de empacotamento, diminuindo assim, o número de vazios em seu interior.

19 4. Apresentação dos Resultados Variação da resistência do concreto em função da rugosidade Ra

20 4. Apresentação dos Resultados Variação da resistência do concreto em função da rugosidade Rz.

21 4. Apresentação dos Resultados Variação da resistência à compressão do concreto em função média Ra e Rz Os resultados de rugosidade mostraram uma pequena variação, pois tratamento mecânico na superfície foi o mesmo. O tratamento mecânico na superfície das amostras com resistência de 15MPa, foram mais fácil de trabalhar isso devido a sua baixa resistência. A empresa fornecedora de fibra recomenda uma rugosidade entre 60 a 80 μm, sendo assim a rugosidade média maior foi 17,556 μm para amostras de 60MPa.

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23 4. Apresentação dos Resultados Variação da resistência ao arrancamento em função de amostras O menor valor entre as amostras de 15MPa foi 1,74MPa esta resistência apresenta 24% a mais da resistência mínima de aderência 1,4MPa, recomendada pela (ACI 440.2R,2002). A resistência mínima recomendada 17MPa, para a aplicação do sistema de reforço pela (ACI 440.2R,2002).

24 4. Apresentação dos Resultados Gráfico da variação da resistência do concreto em função do arrancamento

25 4. Apresentação dos Resultados Amostras 15 MPa As amostras de 40MPa o rompimento foi no substrato de concreto, onde o substrato arrancado não foi profundo, como no de 40MPa.

26 4. Apresentação dos Resultados Amostras 40 MPa As amostras de 40MPa o rompimento foi no substrato de concreto.

27 4. Apresentação dos Resultados Amostras 60 MPa As amostras de 60MPa o rompimento foi no compósito e no adesivo estrutural, não sendo no substrato conforme aconteceu nas amostras de 15MPa e 40MPa.

28 4. Apresentação dos Resultados Superfície do concreto de 15MPa As amostras com resistência 15MPa apresentam uma cor clara na superfície, devido maior quantidade de agregado miúdo.

29 4. Apresentação dos Resultados Superfície do concreto de 40MPa As amostras de 40MPa apresentam uma cor escura na superfície, devido menor quantidade de agregado miúdo e maior quantidade de cimento.

30 4. Apresentação dos Resultados Superfície do concreto de 60MPa As amostras de 60MPa apresentam uma cor escura na superfície, devido menor quantidade de agregado miúdo e maior quantidade de cimento.

31 5. Conclusão  Amostras com menor relação água/cimento (a/c) e maiores idades de hidratação foram os que apresentaram maior resistência à compressão;  Amostras com maiores resistência à compressão apresentam menores índice de vazios e absorção de água;  Na analise de rugosidade (Parâmetro Rz) a  Os resultados de aderência mostraram que conforme maior a resistência à compressão do substrato maior é a resistência à aderência do sistema de reforço com fibra de carbono;  As amostras de 15MPa apresentaram uma resistência à aderência superior a 1,74 MPa, respeitando assim a norma (ACI 440.2R,2002), na qual recomenda uma resistência a compressão axial do substrato de 17MPa;  Os substratos de 15MPa, apresentaram somente um tipo de ruptura. O substrato de 40MPa apresentou três tipos de rupturas e o 60MPa apresentou quatro tipos rupturas;  A resistência à compressão axial do substrato, foi que predominou na aderência do sistema reforço com fibra de carbono.