Estudo experimental do efeito da reparação de fendas … · recorrente e, naturalmente, tida em conta no dimensionamento de estruturas de betão armado. No entanto, a existência

Estudo experimental do efeito da reparação de fendas

no comportamento de vigas de betão armado

reforçadas à flexão com laminados de CFRP

Pedro Colaço Franjoso da Silva Duarte

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Professor Doutor Jorge Manuel Calico Lopes de Brito

Orientadores: Professor Doutor João Paulo Janeiro Gomes Ferreira

Professor Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia

Vogal: Professor Doutor Paulo Miguel de Macedo França

Dezembro 2011

Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento

de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP

i

Resumo

O comportamento estrutural do betão armado leva a que a sua fendilhação seja bastante

recorrente e, naturalmente, tida em conta no dimensionamento de estruturas de betão armado.

No entanto, a existência de aberturas de fendas excessivas pode comprometer a durabilidade,

estética e funcionalidade da estrutura em questão. A existência de um excesso de cargas pode

levar a que estes valores limite sejam ultrapassados, tornando também necessária a aplicação

de um reforço estrutural. Para o excesso de esforços de flexão, uma das soluções de reforço

possíveis consiste na colagem de laminados de CFRP, sendo recomendada a reparação das

fendas numa fase prévia à aplicação do reforço, sendo a injecção de resinas epóxidas uma das

técnicas de maior utilização quando se pretende repor os níveis de desempenho e o

monolitismo do elemento.

Esta dissertação tem como objectivos a avaliação da influência da injecção prévia com resinas

epóxidas no comportamento do betão armado, aquando da aplicação de um reforço estrutural.

Para tal, foi realizada uma campanha experimental com base em ensaios de flexão de vigas de

betão armado, reforçadas com laminados de CFRP. No total, foram ensaiadas à flexão seis

vigas com os seguintes tratamentos: duas vigas padrão; duas vigas fendilhadas e reforçadas e

duas vigas fendilhadas, reparadas e reforçadas.

Com base nos resultados obtidos conclui-se que a reparação das fendas, previamente à

aplicação do sistema de reforço, confere uma maior rigidez inicial às vigas enquanto o seu

efeito na resistência última das vigas não é conclusivo.

Palavras-chave: fendilhação, vigas, injecção, resinas epóxidas, reforço, laminados de CFRP.

Resumo

ii



iii

Abstract

Due to the structural behaviour of reinforced concrete, cracking is a common phenomenon.

However, concrete cracking is already considered in the design of reinforced concrete

structures, where the crack width is limited to certain values, so it does not compromise the

durability of the structure. The existence of an overload may lead to exceeding crack width

values, indicating the need for structural strengthening. When the overload develops mainly

due to flexural stresses, one of the possible solutions consists of the bonding of CFRP

laminates, though crack repair is recommended before the application of the retrofitting system.

Crack repair through resin injection is one of most used techniques, where epoxy resin is the

best material to reestablish the original performance level of a structural element.

The main objectives of this dissertation comprise the determination of the influence of previous

crack repair with epoxy resins in reinforced concrete’s behavior, when a strengthening system is

applied. For this purpose, an experimental campaign was conducted based on flexural tests of

reinforced concrete beams, strengthened with CFRP laminates. Altogether, six T-shaped

beams were tested: two reference beams; two cracked and strengthened beams and two

cracked, repaired and strengthened beams.

The achieved results show that repairing the cracks before the application of the retrofitting

system ensures higher initial stiffness while the effect on the beam’s maximum load wasn’t

conclusive.

.

Keywords: cracking, beams, injection, epoxy resin, strengthening, CFRP laminates

Abstract

iv



v

Agradecimentos

A realização desta dissertação apenas foi possível graças ao apoio e colaboração de várias

pessoas e entidades às quais presto os meus profundos agradecimentos.

Aos orientadores deste trabalho, Prof. João Gomes Ferreira e Prof. João Ramôa Correia por

todo o auxílio prestado, pela disponibilidade demonstrada para resolução de dúvidas e

problemas existentes, pela informação concedida e principalmente pelas sugestões e

orientação dada durante todo o trabalho.

À empresa H Tecnic, Lda., cujo contributo foi essencial na realização da campanha

experimental, nomeadamente no fornecimento de mão-de-obra e materiais necessários para o

fabrico de vigas e para as operações de reparação e reforço das mesmas. Um agradecimento

especial ao Eng. João Farinha e ao Eng. Nuno Cerqueira pela experiência transmitida e pelo

rápido apoio prestado durante todo o trabalho.

Às empresas Secil e Unibetão pelo fornecimento do betão pronto utilizado no fabrico das vigas

e dos provetes de ensaio.

À empresa S&P - Clever Reinforcement Company, pelo fornecimento da resina de colagem e

dos laminados de CFRP usados na campanha experimental.

Aos técnicos do Laboratório de Estruturas e Resistência de Materiais, Fernando Costa e

Fernando Alves pelo auxílio imprescindível para a realização dos ensaios experimentais.

Por fim, quero agradecer à minha família e à Diana, cujo apoio, motivação e confiança, foram

essenciais para a realização deste trabalho.

Agradecimentos

vi



vii

Índice

Resumo .......................................................................................................................................... i

Abstract ......................................................................................................................................... iii

Agradecimentos............................................................................................................................. v

Índice ............................................................................................................................................ vii

Índice de Figuras ........................................................................................................................... ix

Índice de Tabelas ........................................................................................................................ xiii

Índice de Gráficos ....................................................................................................................... xiii

Simbologia .................................................................................................................................... xv

1 Introdução .............................................................................................................................. 1

1.1 Enquadramento geral .................................................................................................... 1

1.2 Objectivos ...................................................................................................................... 1

1.3 Metodologia ................................................................................................................... 2

1.4 Organização do documento .......................................................................................... 2

2 Estado da arte ....................................................................................................................... 5

2.1 Introdução à reabilitação de estruturas de betão armado ............................................ 5

2.1.1 Anomalias em betão armado ................................................................................ 5

2.1.2 Projecto de reabilitação ....................................................................................... 10

2.1.3 Técnicas de reparação ........................................................................................ 11

2.1.4 Técnicas de reforço ............................................................................................. 14

2.2 Reparação de fendas com injecção de resinas .......................................................... 16

2.2.1 Fendilhação do betão armado ............................................................................. 16

2.2.2 Materiais de injecção ........................................................................................... 22

2.2.3 Técnicas de injecção de fendas .......................................................................... 27

2.2.4 Mecanismos de injecção e processos de mistura ............................................... 32

2.2.5 Efeito das resinas no comportamento mecânico do betão armado .................... 33

2.3 Reforço por colagem de laminados de CFRP ............................................................. 35

2.3.1 CFRP como material estrutural ........................................................................... 35

2.3.2 Processo de fabrico de laminados de CFRP ...................................................... 37

2.3.3 Processo executivo do reforço de laminados de CFRP ...................................... 39

Índice

viii

2.3.4 Dimensionamento de laminados de CFRP ......................................................... 40

3 Programa experimental ....................................................................................................... 49

3.1 Objectivos .................................................................................................................... 49

3.2 Plano de ensaios ......................................................................................................... 49

3.3 Materiais e equipamento ............................................................................................. 50

3.4 Esquema de ensaio ..................................................................................................... 55

3.5 Procedimento experimental ......................................................................................... 57

3.5.1 Fabrico das vigas ................................................................................................ 57

3.5.2 Ensaios experimentais ........................................................................................ 59

3.5.3 Reparação por injecção de resinas ..................................................................... 60

3.5.4 Reforço das vigas com laminados de CFRP....................................................... 63

3.6 Dimensionamento dos laminados de CFRP ............................................................... 66

3.6.1 Resistência mecânica das vigas de betão armado ............................................. 66

3.6.2 Capacidade resistente das vigas após reforço ................................................... 68

3.6.3 Dimensões dos laminados de CFRP .................................................................. 68

3.6.4 Comprimento dos laminados de CFRP ............................................................... 70

3.6.5 Verificações de segurança .................................................................................. 71

3.6.6 Modo de rotura .................................................................................................... 74

4 Resultados e discussão ...................................................................................................... 77

4.1 Ensaios aos provetes .................................................................................................. 77

4.1.1 Provetes cúbicos de betão .................................................................................. 77

4.1.2 Provetes cilíndricos de betão .............................................................................. 79

4.1.3 Varões de aço ..................................................................................................... 81

4.2 Ensaios às vigas de betão armado ............................................................................. 83

4.2.1 Vigas padrão ....................................................................................................... 83

4.2.2 Vigas apenas reforçadas ..................................................................................... 92

4.2.3 Vigas reforçadas e reparadas com injecção de resinas ................................... 101

4.2.4 Síntese de resultados ........................................................................................ 113

5 Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros ................................................ 115

5.1 Conclusões ................................................................................................................ 115

5.2 Perspectivas de desenvolvimentos futuros ............................................................... 116



ix

6 Anexos ............................................................................................................................... 121

A. Sikadur®-52 Injection .................................................................................................... 121

B. Emaco S88 .................................................................................................................... 127

C. S&P Laminates CFK...................................................................................................... 131

D. S&P Resin 220 .............................................................................................................. 135

Índice de Figuras

Figura 2.1 - Fendilhação devido a retracção plástica ................................................................... 7

Figura 2.2 - Fendilhação devido a retracção hídrica (secagem) ................................................... 7

Figura 2.3 - Aplicação de betão projectado ................................................................................ 13

Figura 2.4 - Reparação de fendas com injecção de resinas ....................................................... 13

Figura 2.5 - Reforço de uma laje com recurso a chapas coladas ............................................... 15

Figura 2.6 - Reforço de um pilar com tecidos de CFRP ............................................................. 15

Figura 2.7 - Exemplo de fissuras com humidade ........................................................................ 18

Figura 2.8 - Exemplo de uma fissura com infiltração, sem pressão ........................................... 18

Figura 2.9 - Variação dos valores de com a espessura do elemento ...................................... 21

Figura 2.10 - Reacções químicas de formação de resinas epóxidas ......................................... 23

Figura 2.11 - Resina epóxida ...................................................................................................... 24

Figura 2.12 - Espuma de poliuretano .......................................................................................... 26

Figura 2.13 - Injecção de resina de poliuretano numa fenda ...................................................... 26

Figura 2.14 – Micro-cimento ........................................................................................................ 27

Figura 2.15 - Aplicação de selagem na fenda ............................................................................. 29

Figura 2.16 - Ordem de injecção para: a) fendas verticais e b) fendas horizontais ................... 29

Figura 2.17 - Colocação de um injector num dos furos realizados ............................................. 30

Figura 2.18 – Purga da resina no buraco subsequente, após injecção da mesma .................... 30

Figura 2.19 - Colocação da resina nos balões de injecção ........................................................ 31

Figura 2.20 - Injecção com recurso a molas ............................................................................... 31

Figura 2.21 - Bomba monocomponente manual ......................................................................... 33

Figura 2.22 - Bomba monocomponente eléctrica Sika® Injection Pump EL-1 ............................ 33

Figura 2.23 - Diagrama carga-flecha de uma viga sujeita a injecção das fendas com rotura por

flexão ........................................................................................................................................... 34

Figura 2.24 - Diagrama carga-flecha de uma viga sujeita a injecção das fendas com rotura por

corte ............................................................................................................................................. 34

Figura 2.25 - Diagrama carga-flecha de três vigas sujeitas a injecção das fendas com rotura por

flexão ........................................................................................................................................... 34

Figura 2.26 - Diagrama tensão-extensão de distintos tipos de fibras, do aço convencional e de

cordões aço de pré-esforço ......................................................................................................... 36

Figura 2.27 - Representação de um processo de pultrusão ....................................................... 38

Índice de Figuras

x

Figura 2.28 - Preparação da superfície com um jacto de areia e água ...................................... 39

Figura 2.29 - Aplicação dos laminados ....................................................................................... 40

Figura 2.30 - Tipos de rotura da ligação do laminado ................................................................ 41

Figura 2.31 - Análise da secção transversal de uma viga para o estado limite último de flexão:

(a) geometria, (b) distribuição de extensões e (c) distribuição de tensões ................................ 43

Figura 3.1 - Geometria da secção transversal das vigas ............................................................ 50

Figura 3.2 - Pormenorização das armaduras .............................................................................. 50

Figura 3.3 - Cofragens com as armaduras das vigas ................................................................. 51

Figura 3.4 – Viga de betão armado pronta para ensaio ............................................................. 51

Figura 3.5 – Embalagem do componente A de Sikadur®-52 Injection ........................................ 52

Figura 3.6 – Embalagem do componente B de Sikadur®-52 Injection ........................................ 52

Figura 3.7 - Argamassa Emaco S88 ........................................................................................... 52

Figura 3.8 - Rolo de laminado de CFRP ..................................................................................... 53

Figura 3.9 - Embalagem da resina de colagem .......................................................................... 53

Figura 3.10 - Bomba manual monocomponente de injecção ..................................................... 54

Figura 3.11 - Injector de fixação mecânica ................................................................................. 54

Figura 3.12 - Macaco hidráulico e célula de carga ..................................................................... 55

Figura 3.13 – Unidade de pressão .............................................................................................. 55

Figura 3.14 - Deflectómetro TML 50 ........................................................................................... 55

Figura 3.15 - Disposição dos extensómetros nas vigas ............................................................. 55

Figura 3.16 - Colocação e ligação dos extensómetros às armaduras longitudinais ................... 55

Figura 3.17 - Esquema de ensaio das vigas ............................................................................... 56

Figura 3.18 - Aspecto real do esquema de ensaio ..................................................................... 56

Figura 3.19 - Montagem das cofragens ...................................................................................... 57

Figura 3.20 - Montagem das armaduras ..................................................................................... 57

Figura 3.21 - Aspecto final das cofragens com as armaduras no seu interior ............................ 58

Figura 3.22 - Espaçadores .......................................................................................................... 58

Figura 3.23 - Colocação e vibração do betão ............................................................................. 58

Figura 3.24 - Eliminação de excessos de betão ......................................................................... 58

Figura 3.25 - Regularização da superfície do betão ................................................................... 59

Figura 3.26 - Fabrico dos provetes de betão .............................................................................. 59

Figura 3.27 - Ligações ao aparelho de aquisição de dados ....................................................... 60

Figura 3.28 - Medidor óptico ou lupa de fendas .......................................................................... 60

Figura 3.29 - Criação de furos no betão com uma broca ........................................................... 61

Figura 3.30 - Colocação dos injectores nos furos ....................................................................... 61

Figura 3.31 - Processo de mistura dos componentes da resina ................................................. 61

Figura 3.32 - Limpeza da bomba ................................................................................................ 61

Figura 3.33 - Injecção da resina nas fendas ............................................................................... 62

Figura 3.34 - Injecção das resinas num injector na face inferior ................................................ 62

Figura 3.35 - Exemplo de formação de novas fendas ................................................................ 63



xi

Figura 3.36 - Aspecto final da viga após a injecção e extracção dos injectores ........................ 63

Figura 3.37 - Humidificação dos orifícios .................................................................................... 63

Figura 3.38 - Aspecto final dos orifícios após a sua reparação com argamassa ....................... 63

Figura 3.39 - Delimitação da área sujeita a preparação ............................................................. 64

Figura 3.40 - Martelo de agulhas ................................................................................................ 64

Figura 3.41 - Limpeza do laminado com acetona ....................................................................... 64

Figura 3.42 - Mistura dos componentes da resina ...................................................................... 64

Figura 3.43 - Aplicação de uma camada de resina no betão ..................................................... 65

Figura 3.44 - Aplicação da resina no laminado ........................................................................... 65

Figura 3.45 - Colocação dos laminados nas vigas ..................................................................... 65

Figura 3.46 - Aspecto final das vigas após reforço ..................................................................... 65

Figura 3.47 - Secção transversal das vigas de betão armado .................................................... 66

Figura 3.48 - Condições de apoio e de carregamento das vigas e respectivos diagramas de

momentos e esforços transversos .............................................................................................. 67

Figura 3.49 - Delimitação da zona .......................................................................................... 70

Figura 4.1 - Ensaio de compressão a um cubo de betão ........................................................... 77

Figura 4.2 - Evolução da tensão resistente do betão à compressão ao longo do tempo ........... 78

Figura 4.3 - Ensaio de compressão diametral a um cilindro de betão. ....................................... 79

Figura 4.4 - Evolução da tensão resistente do betão à tracção ao longo do tempo ................... 80

Figura 4.5 - Diagrama tensão-deslocamento dos ensaios à tracção dos varões de 8 mm ........ 81

Figura 4.6 - Diagrama tensão-deslocamento dos ensaios à tracção dos varões de 12 mm ...... 81

Figura 4.7 - Deformações registadas pelos deflectómetros na viga V1 ..................................... 84

Figura 4.8 - Diagrama de deformações registadas na viga V2. .................................................. 85

Figura 4.9 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros nas vigas V1 e V2 ...................... 85

Figura 4.10 - Deformação da viga V1 perto da sua rotura .......................................................... 86

Figura 4.11 - Extensões registadas nas armaduras longitudinais superiores das vigas V1 e V2

..................................................................................................................................................... 86

Figura 4.12 – Extensões registadas nas armaduras longitudinais superiores das vigas V1 e V2

..................................................................................................................................................... 88

Figura 4.13 - Posição da linha neutra ao longo do carregamento das vigas V1 e V2 ................ 89

Figura 4.14 - Relações momento-curvatura nas vigas V1 e V2 ................................................. 90

Figura 4.15 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V1 e V2 ............................................... 90

Figura 4.16 – Caracterização da fendilhação das vigas ............................................................. 91

Figura 4.17 - Rotura da viga V1 por compressão do betão ........................................................ 92

Figura 4.18 - Rotura da viga V2 por compressão do betão ........................................................ 92

Figura 4.19 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V3 e V4 previamente à aplicação de

reforço ......................................................................................................................................... 92

Figura 4.20 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros na viga V3 ................................ 93

Figura 4.21 - Rotura da ligação do laminado na viga V3 ............................................................ 94

Figura 4.22 - Deslocamentos registadas pelos deflectómetros na viga V4 ................................ 94

Índice de Figuras

xii

Figura 4.23 - Rotura da ligação do laminado na viga V4 ............................................................ 95

Figura 4.24 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V3 e V4 ...... 95

Figura 4.25 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais para as vigas V1, V2, V3

e V4 ............................................................................................................................................. 96


..................................................................................................................................................... 97

Figura 4.27 - Extensões registadas nas armaduras longitudinais inferiores das vigas V3 e V4 97

Figura 4.28 - Posição da linha neutra ao longo do carregamento das vigas V3 e V4 ................ 98

Figura 4.29 - Relações momento-curvatura nas vigas V1, V2, V3 e V4..................................... 99

Figura 4.30 – Identificação das fendas na viga V3 previamente ao ensaio à rotura .................. 99

Figura 4.31 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V3 e V4 na fase de fendilhação e nos

ensaios até à rotura ................................................................................................................... 100

Figura 4.32 - Distribuição de fendas na viga V3 antes da sua rotura ....................................... 100

Figura 4.33 – Distribuição de fendas na viga V4 antes da sua rotura ...................................... 101

Figura 4.34 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V5 e V6 previamente à aplicação do

reforço ....................................................................................................................................... 101

Figura 4.35 – Deslocamentos a meio vão das vigas V5 e V6 durante o carregamento e

descarregamento associado à operação de reparação ............................................................ 102

Figura 4.36 – Extensões das armaduras de tracção das vigas V5 e V6 durante o carregamento

e descarregamento associado à operação de reparação ......................................................... 102

Figura 4.37 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros na viga V5 .............................. 103

Figura 4.38 - Rotura da ligação do laminado de CFRP na viga V5 .......................................... 104

Figura 4.39 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros na viga V6 .............................. 104

Figura 4.40 - Rotura da ligação do laminado de CFRP na viga V6 .......................................... 105

Figura 4.41 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V5 e V6 .... 105

Figura 4.42 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V1, V2, V5 e

V6 .............................................................................................................................................. 106

Figura 4.43 - Deslocamentos registadas pelos deflectómetros centrais nas vigas V3, V4, V5 e

V6 .............................................................................................................................................. 106

Figura 4.44 - Extensões registadas nas armaduras longitudinais inferiores das vigas V5 e V6

................................................................................................................................................... 107


................................................................................................................................................... 108

Figura 4.46 - Posição da linha neutra ao longo do carregamento das vigas V5 e V6 .............. 109

Figura 4.47 - Relações momento-curvatura nas vigas V5 e V6 ............................................... 109

Figura 4.48 - Relações momento-curvatura nas vigas V3, V4, V5 e V6................................... 110

Figura 4.49 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V5 e V6 nos ensaios à rotura ........... 110

Figura 4.50 - Identificação das fendas na viga V6 previamente ao ensaio à rotura ................. 111

Figura 4.51 - Aberturas de fendas registadas nos ensaios à rotura das vigas V3, V4, V5 e V6

................................................................................................................................................... 111



xiii



Índice de Tabelas

Tabela 2.1 - Etapas de um projecto de reabilitação.................................................................... 11

Tabela 2.2 - Técnicas de reforço existentes e sua aplicabilidade .............................................. 14

Tabela 2.3 - Classificação de fendas de acordo com a sua abertura máxima ........................... 16

Tabela 2.4 - Valores limite de abertura de fendas consoante a classe de exposição ................ 19

Tabela 2.5 - Valores limite para z consoante o tipo de exposição do betão armado ................. 20

Tabela 2.6 - Diâmetros e espaçamentos de varões máximos para controlo de fendilhação ..... 22

Tabela 2.7 - Principais características de resinas epóxidas ....................................................... 24

Tabela 2.8 - Resultados de ensaios à compressão de cubos fendilhados e reparados com

resinas epóxidas.......................................................................................................................... 35

Tabela 2.9 - Características físicas e mecânicas dos diferentes FRPs ...................................... 36

Tabela 2.10 - Valores do factor de segurança ...................................................................... 43

Tabela 3.1 - Propriedades físicas e mecânicas da resina aplicada na injecção ........................ 51

Tabela 3.2 - Propriedades físicas e mecânicas do laminado de CFRP...................................... 52

Tabela 3.3 - Propriedades da resina de colagem dos laminados ............................................... 53

Tabela 3.4 - Características dos equipamentos de medição ...................................................... 54

Tabela 3.5 - Características das vigas ........................................................................................ 66

Tabela 3.6 - Características mecânicas do betão e do aço ........................................................ 67

Tabela 3.7 - Tipos e dimensões de laminados de CFRP da marca S&P ................................... 69

Tabela 4.1 - Resultados dos ensaios de compressão nos provetes cúbicos aos 28 dias ......... 78

Tabela 4.2 - Resultados dos ensaios de compressão diametral dos provetes cilíndricos aos 28

dias .............................................................................................................................................. 79

Tabela 4.3 - Valores médios das tensões de cedência e tensões últimas dos varões ensaiados

..................................................................................................................................................... 82

Tabela 4.4 - Resultados principais obtidos nas vigas V1 e V2 ................................................. 113



Índice de Gráficos

Gráfico 1 – Comparação dos valores de rigidez e carga de rotura das vigas padrão e vigas

apenas reforçadas ..................................................................................................................... 113

Gráfico 2 - Comparação dos valores de rigidez e carga de rotura das vigas padrão, vigas

apenas reforçadas e vigas reparadas e reforçadas .................................................................. 114

Índice de Gráficos

xiv



xv

Simbologia

Letras maiúsculas latinas

área efectiva por armadura

área da secção de betão

área de betão efectiva

área da secção de betão traccionado

área da secção do laminado de CFRP

área da secção de armaduras adicional para responder às novas solicitações

área da secção de armadura longitudinal

área da secção de armadura longitudinal de tracção

área da secção de armadura longitudinal de compressão

área da secção de armaduras necessária para responder às novas solicitações

área mínima da secção de armadura longitudinal

área por metro de armadura transversal

coeficiente de segurança das propriedades resistentes do CFRP

modulo de elasticidade do betão

módulo de elasticidade do CFRP

módulo de elasticidade do aço

valor absoluto da força de tracção no banzo no momento imediatamente antes

ao aparecimento da primeira fenda

força de tracção existente no laminaod

momento de inércia

momento de inércia para o estado fendilhado

momento aplicado

valor de cálculo do momento resistente da secção de uma viga

valor de cálculo do momento resistente da secção após reforço

valor de cálculo do momento flector existente

força existente no betão

força existente no laminado de CFRP

valor de cálculo do esforço normal actuante

somatório das forças de tracção

força existente nas armaduras longitudinais de tracção

força existente nas armaduras longitudinais de compressão

Simbologia

xvi

carga aplicada nos provetes cilíndricos

pressão máxima admissível de injecção

relação entre as futuras sobrecargas e cargas permanentes actuantes

curvatura de um elemento estrutural

valor nominal da carga actuante

cargas permanentes

sobrecargas

força máxima existente na zona de ancoragem do laminado de CFRP

valor de cálculo do esforço transverso existente.

valor de cálculo do esforço transverso resistente

Letras minúsculas latinas

flecha elástica

flecha instantânea

largura da zona comprimida de betão de uma viga

largura a secção do laminado de CFRP

espessura de recobrimento

distância da linha neutra à superfície superior do elemento

distância das armaduras longitudinais de tracção à superfície superior da viga

distância das armaduras longitudinais de compressão à superfície superior de

uma viga

distância do conjunto armaduras-laminado à superfície superior da viga

distância do reforço à superfície superior da viga

tensão máxima de aderência do betão

valor de cálculo da resistência do betão à compressão

valor característico da resistência à compressão do betão

tensão de tracção máxima do betão

valor característico da resistência do betão à tracção

valor médio da resistência do betão à tracção

valor médio da resistência à tracção do betão na idade em que se espera que o

corram as primeiras fendas

valor de cálculo da tensão máxima do CFRP

valor característico da tensão máxima resistente do CFRP

valor de cálculo da tensão de cedência do aço

valor característico da tensão de cedência do aço

altura do elemento

coeficiente dependente da altura ou espessura do elemento estrutural



xvii

coeficiente que considera o estado de fendilhação e o efeito das armaduras

coeficiente que considera o efeito da distribuição de tensões

coeficiente dependente da aderência das armaduras ao betão

coeficiente dependente do tipo de esforço actuante

factor geométrico que relaciona a largura da base da viga com a largura do

laminado de CFRP

coeficiente dependente da distribuição de tensões imediatamente antes do

aparecimento da primeira fenda

coeficiente dependente das condições de compactação do betão

comprimento de laminado necessária para cobrir a zona de cedência das

armaduras

comprimento máximo de amarração do laminado de CFRP

comprimento total do laminado

número de camadas do reforço de CFRP

numero de amostras

espaçamento médio entre fendas

espaçamento máximo entre fendas

espessura do laminado de CFRP

perímetro de ligação do laminado de CFRP

perímetro de ligação das armaduras

valor da abertura de fendas

valor característico da abertura de fendas

distância da linha neutra à superfície superior do elemento

valor da tensão ultima obtida em determinada amostra

valor da menor tensão ultima obtida num conjunto de amostras

distância do centro de gravidade à superfície superior da viga

factor de controlo da fendilhação

braço entre forças de tracção e compressão, igual a 0,9d

braço existente entre os conjuntos de forças e

Letras gregas

variação da extensão do aço na zona da fenda

relação entre os módulos de elasticidade do aço e do betão

factor de integração da distribuição de extensões

factor de redução da distância ao centro de aplicação de esforços de

compressão

extensão do betão aquando da aplicação do sistema de reforço de CFRP

extensão ao nível das armaduras de tracção

Simbologia

xviii

extensão do betão

extensão média do betão

extensão do betão devido à retracção

extensão máxima de compressão do betão

extensão do CFRP

valor de cálculo da extensão máxima do CFRP

valor limite da extensão do laminado de CFRP

extensão máxima do CFRP

valor de cálculo da extensão máxima do CFRP

extensão do aço

extensão das armaduras longitudinais de tracção

extensão das armaduras longitudinais de compressão

extensão média do aço

extensão do aço existente na zona da fenda

extensão do aço a zona da fenda imediatamente antes da formação da mesma

extensão do aço a zona da fenda imediatamente depois da formação da

mesma

extensão média relativa entre o aço e o betão

diâmetro das armaduras longitudinais

factor de redução para determinação da resistência nominal

diâmetro da base dos provetes cilíndricos

diâmetro médio das armaduras longitudinais de tracção

factor de redução da resistência do CFRP

momento flector reduzido

ângulo de propagação de esforços transversos

percentagem de armadura

percentagem de armadura efectiva

desvio padrão

tensão no betão

tensão nas armaduras

tensão de tracção obtida nas amostras

tensão de corte existente no interface CFRP/betão

valor médio da tensão de aderência do laminado de CFRP

valor médio da tensão de aderência das armaduras

percentagem mecânica de armadura

parâmetro de ligação do laminado de CFRP

factor de redução da área de secção de betão comprimido



1

1 Introdução

1.1 Enquadramento geral

Após o elevado número de construções realizadas durante o séc. XX, o mercado das

construções novas tem vindo a abrandar nos últimos anos e prevê-se uma viragem para a

execução de obras de reabilitação das construções existentes [1]. Dentro das anomalias que

surgem em construções de betão armado, o aparecimento de fendas, ou fendilhação, destaca-

se pelo número de casos ocorridos, de certa forma justificado pelo facto de ser também uma

manifestação da existência de outras anomalias [2].

Quando a fendilhação ou outras anomalias se verificam, deve elaborar-se um plano de

inspecção com o intuito de analisar a origem e a gravidade da anomalia e, se necessário,

intervir de forma a restabelecer ou aumentar a capacidade resistente do elemento afectado. A

decisão de aplicação de reforço ou de técnicas de reparação prende-se com a relação custo-

benefício de cada opção e o tipo de serviço a que o elemento ou a estrutura estará sujeito [3].

Neste trabalho, procura-se estudar a reparação de fendas em betão armado através da

injecção de resinas epóxidas. Este processo consiste na reparação do elemento estrutural

afectado através do preenchimento das fendas com resinas epóxidas que garantem a ligação

entre as secções de betão e procuram repor o monolitismo do elemento. É normalmente

utilizada resina epóxida para este efeito devido à sua resistência mecânica elevada e elevados

níveis de aderência e resistência química [4].

Complementarmente, estuda-se o reforço de vigas de betão armado, com polímeros reforçados

com fibras de carbono (CFRP). Esta técnica de reforço é amplamente aceite e considerada

como conveniente e eficaz [5]. A sua inserção no âmbito deste trabalho prende-se com o facto

de, quando se pretende reforçar elementos de betão armado fendilhados, ser, na maioria dos

casos, efectuada uma reparação estrutural do elemento em causa antes da aplicação do

reforço [2]. A injecção de resinas epóxidas nas fendas é uma técnica bastante utilizada na

reparação estrutural do betão fendilhado, desconhecendo-se, no entanto, o efeito que esta

reparação tem no comportamento final do elemento reforçado.

1.2 Objectivos

O objectivo principal deste trabalho assenta no estudo da reparação de fendas em betão

armado com injecção de resinas epóxidas. Em particular, pretende-se determinar a influência

da injecção de resinas previamente a operações de reforço, nomeadamente com laminados de

Introdução

2

fibras de carbono. Este estudo tem o intuito de servir de suporte a futuras intervenções de

reabilitação estrutural de elementos de betão armado que apresentem fendas de flexão, na

medida em que poderá ser útil no momento de determinação das técnicas de reabilitação.

Como objectivo complementar, mas igualmente relevante, refere-se a aquisição de

conhecimentos ao nível de fundamentos teóricos e de experiência técnica. Estes

conhecimentos passam pela consciencialização do papel das resinas como material de

reparação e da acção dos laminados de CFRP no reforço de vigas de betão armado. Por fim,

no contexto mais técnico, pretende-se conhecer alguns cuidados ou obstáculos a considerar

durante o processo experimental.

1.3 Metodologia

Com o intuito de cumprir os objectivos referidos, o trabalho em questão assenta em dois

componentes principais. O primeiro consiste na pesquisa bibliográfica nos âmbitos da

reparação de fendas em betão armado com o recurso a injecção de resinas e do reforço

estrutural com laminados de CFRP. Mais especificamente, pretende-se uma familiarização com

as resinas de reforço estrutural e os métodos existentes de injecção.

Para melhor compreensão da problemática em estudo, realizou-se uma campanha

experimental baseada numa série de ensaios de flexão em vigas de betão armado que

apresentam dimensões a uma escala considerável que pretende ser representativa de casos

reais. De forma a caracterizar a acção das resinas no reforço das vigas com laminados, os

objectos ensaiados consistem em vigas de betão armado reforçadas com laminados de CFRP

que tenham sido injectadas com resinas e vigas reforçadas sem qualquer tratamento de

reparação.

O efeito da reparação das vigas no comportamento mecânico das vigas foi determinado

através da análise dos deslocamentos das vigas e extensões das armaduras, verificadas

durante os ensaios de carga. Analisou-se ainda o processo de fendilhação verificado durante o

carregamento dos diferentes tipos de viga.

1.4 Organização do documento

Este documento encontra-se dividido em 5 capítulos, iniciando-se este trabalho com uma

secção introdutória, onde se apresenta o âmbito do mesmo, os seus objectivos principais e a

metodologia aplicada para os atingir.



3

No segundo capítulo procura-se apresentar o estado da arte dos aspectos com maior

relevância para este trabalho, estando dividido em três partes principais. Este inicia-se com

uma introdução à reabilitação de estruturas de betão armado, através da descrição das

anomalias mais frequentes, das diferentes etapas associadas a um projecto de reabilitação e

das técnicas de reparação e reforço de maior utilização. Com maior especificidade, aborda-se

na segunda parte deste estado da arte, a técnica de reparação de fendas em betão armado

através da injecção de resinas. Para tal, é feita uma caracterização do fenómeno de

fendilhação e descrevem-se os materiais de injecção actualmente disponíveis, bem como as

diferentes técnicas e equipamentos existentes para a realização da injecção das fendas.

Procura-se ainda comprovar a eficiência das resinas epóxidas na reparação estrutural do betão

armado, através da apresentação de casos de estudo anteriores. A última parte do estado da

arte é reservada ao reforço estrutural com recurso à colagem de laminados de CFRP. Aqui são

dadas a conhecer as características mecânicas deste material compósito e a sua aplicabilidade

no âmbito da construção civil. Descreve-se também o processo de fabrico dos laminados de

CFRP, bem como o processo executivo da operação de reforço com recurso a este material.

Por fim, é ainda considerado o dimensionamento dos laminados de CFRP, apresentando-se

diferentes abordagens de cálculo, tendo em conta os modos de rotura possíveis.

A campanha experimental levada a cabo neste trabalho é descrita no terceiro capítulo, onde se

indicam os objectivos a esta associados e os ensaios que foram realizados. É feita uma

descrição dos materiais e equipamentos utilizados, do esquema de ensaio e do procedimento

experimental aplicado nas diferentes fases da campanha, nomeadamente, o fabrico das vigas

de betão armado, a reparação das fendas com recurso a injecção de resinas, a colagem dos

laminados de CFRP para reforço estrutural e o próprio carregamento à flexão das vigas. Com

base nas características das vigas e das suas condições de apoio, apresentam-se ainda os

cálculos efectuados para o dimensionamento dos laminados de CFRP.

No quarto capítulo, são apresentados os resultados dos ensaios realizados na campanha

experimental, particularmente o comportamento mecânico das vigas no que toca à deformação

apresentada, extensão das armaduras e propagação da fendilhação. Apresentam-se ainda os

resultados dos ensaios de resistência aos provetes dos materiais utilizados, para controlo da

qualidade dos mesmos.

Finalmente, no quinto capítulo são apresentadas as principais conclusões, baseadas

principalmente nos resultados experimentais e sugerem-se tópicos para estudos futuros a

realizar nesta área.

Introdução

4



5

2 Estado da arte

2.1 Introdução à reabilitação de estruturas de betão armado

O betão armado possui várias características que, comparativamente com outros materiais de

construção, o tornam bastante vantajoso, tais como a sua resistência mecânica, a sua fácil

acessibilidade ou a sua capacidade de assumir diferentes formas geométricas, entre outras.

Em Portugal, este facto levou a que, em meados do século XX, se tenha verificado uma

proliferação no uso deste material para a construção de novas estruturas.

Contrariamente à filosofia inerente às suas primeiras primeiras aplicações, o betão armado é

um material relativamente sensível, sendo que a sua degradação ocorre naturalmente com o

tempo e pode manifestar-se de diferentes modos. Com o elevado número de construções de

betão armado existentes hoje em dia, a solicitação de operações de reabilitação das mesmas é

cada vez maior. Devido a esta recente necessidade, têm-se verificado inúmeros avanços ao

nível das possíveis técnicas de reabilitação e dos materiais aplicados [2].

2.1.1 Anomalias em betão armado

As anomalias que se manifestam em estruturas de betão armado podem assumir diferentes

formas e afectar de maneiras distintas o comportamento do betão armado. Esta afectação

pode ir desde a simples alteração da componente estética até ao comprometimento severo da

durabilidade e integridade estrutural das estruturas de betão armado.

Neste ponto pretende-se apresentar uma introdução às anomalias passíveis de serem

observadas em elementos de betão armado e que, de certa forma, provocam danos mais

consideráveis.

O aparecimento de anomalias em betão armado pode ser resultado de acções que se podem

verificar ao longo das várias fases da vida de uma estrutura, ou seja, desde a fase de projecto

até ao ponto de exploração normal, enumerando-se de seguida as principais causas:

Erros de projecto/concepção;

Erros de construção;

Acções ambientais;

Alteração do tipo de serviço da estrutura;

Ocorrência de fenómenos naturais ou acidentes.

Estado da arte

6

De acordo com Helene [6], cerca de noventa por cento das anomalias detectadas são

consequência de erros de concepção e projecto (46%) ou de execução e qualidade dos

materiais (44%), enquanto que apenas 10% destas anomalias estão associadas à utilização da

estrutura. Segundo o autor, as anomalias mais comuns consistem em fendas, eflorescências,

deformações excessivas, manchas no betão e corrosão das armaduras, sendo que a

fissuração, as deformações excessivas e a corrosão das armaduras correspondem a mais de

50% das anomalias verificadas em estruturas de betão armado.

É também necessário ter em conta que a identificação da causa que origina as anomalias

existentes pode ser de dificuldade considerável, visto que é possível a mesma causa produzir

anomalias diferentes no betão armado e, em muitos casos, uma anomalia pode ser resultado

de várias acções em simultâneo [2].

Fendilhação

Como foi referido, a fendilhação do betão é uma anomalia bastante comum em estruturas de

betão armado. Isto deve-se principalmente ao facto de o aparecimento de fendas ser, para

além de um indicador de problemas estruturais, um sinal da existência de outras anomalias no

betão. A fendilhação no betão armado dá-se quando a tensão existente no betão ultrapassa os

valores de resistência máxima à tracção do mesmo. Algumas das anomalias do betão

provocam o aumento de tensões internas no material, pelo que é comum esse betão

apresentar algum nível de fendilhação.

No que toca à fendilhação do betão armado devido a acções físicas, uma das razões para o

aparecimento de fendas consiste na retracção do betão. A retracção do betão é, na sua

essência, uma redução de volume que se pode verificar de diferentes formas e para diferentes

idades do betão. A sua distinção é feita da seguinte forma:

Retracção plástica (Figura 2.1) - actua nas primeiras idades do betão (estado plástico)

e é resultado da perda da água por evaporação capilar ou por absorção dos

agregados;

Retracção térmica - o calor libertado pela hidratação do cimento, juntamente com o seu

posterior arrefecimento, origina variações de volume e a consequente fissuração do

betão. Processa-se durante o período de presa e após a descofragem do betão;

Retracção química – é consequência do facto dos produtos de hidratação do cimento

possuírem um volume inferior, relativamente à soma dos volumes da água e do

cimento que os formam. Ocorre durante o período de hidratação do cimento, com

maior intensidade nas primeiras idades;



7

Retracção hídrica – é consequência da perda de água pela pasta de cimento, pelo que

é possível dividi-la em dois grupos: retracção autogénea, fenómeno que ocorre durante

as primeiras semanas e que consiste no consumo da água durante as reacções de

hidratação, e retracção de secagem (Figura 2.2), processo que se prolonga durante

vários anos até o betão se encontrar totalmente seco.

solução mais eficaz no controlo da retracção do betão assenta na aplicação de uma dosagem

de relação água/cimento o mais reduzida possível sem que comprometa a trabalhabilidade do

betão [7].

Figura 2.1 - Fendilhação devido a retracção plástica [8]

Figura 2.2 - Fendilhação devido a retracção hídrica (secagem) [8]

Dentro das acções físicas a que o betão está sujeito pode-se ainda considerar o efeito da

fluência que pode levar a deformações excessivas e consequente fendilhação.

As variações de temperatura a que o betão armado se encontra exposto, em conjunto com

uma deficiente concepção de juntas de dilatação, podem levar ao aparecimento de fendas no

betão armado.

Por fim, as fendas de carácter estrutural são maioritariamente provocadas por erros ao nível de

projecto e da construção ou a alteração do tipo de serviço da estrutura. Os erros mais comuns

ao nível de projecto baseiam-se em deficiências na pormenorização de elementos construtivos,

tais como os materiais a utilizar, recobrimento a aplicar ou na pormenorização das armaduras,

sendo também possível verificarem-se erros na consideração de cargas e esforços actuantes.

Relativamente aos erros comuns ocorridos durante a execução da obra, destacam-se as falhas

na aplicação, compactação e cura do betão, colocação de armaduras, o mau escoramento das

cofragens ou a retirada precoce das mesmas [9].

Os assentamentos de terreno são outra causa provável do aparecimento de fendas e podem

ser classificados como uniformes ou diferenciais. Os assentamentos uniformes são pouco

preocupantes, excepto se apresentarem valores elevados, enquanto que os assentamentos

diferenciais são mais danosos, sendo que a fendilhação resultante em paredes costuma

apresentar uma inclinação aproximadamente de 45º [2].

Estado da arte

8

Corrosão das armaduras

A corrosão de armaduras dá-se quando estas se encontram em contacto com água e oxigénio

e o seu produto final consiste em óxidos de ferro cuja contribuição para a resistência mecânica

é praticamente desprezável. Esta perda de secção resistente das armaduras leva a que, por

vezes, se verifique a rotura das mesmas [2].

No caso de existência de fendas no betão armado, estas não são muito preocupantes quando

se desenvolvem com uma orientação transversal às armaduras, pelo menos com aberturas

inferiores a 0,4 mm, desde que o recobrimento de betão seja apropriado, ao nível da espessura

e densidade, e que este não se encontre exposto a ataques de cloretos. Relativamente às

fendas paralelas às armaduras, estas aumentam de forma considerável a exposição das

armaduras e, consequentemente, o seu risco de corrosão. Em muitos casos, as fendas que se

desenvolvem paralelamente às armaduras são resultado da corrosão das mesmas. A formação

de óxidos de ferro tende a provocar um aumento de volume das armaduras, principalmente em

espessura, que provoca o aumento de tensões no betão e propicia o aparecimento de fendas.

A melhor iniciativa na minimização do perigo de corrosão das armaduras consiste em aplicar

um recobrimento suficientemente espesso e denso [10].

Despassivação do betão

O betão possui uma alcalinidade relativamente elevada que, em contacto com o aço, lhe

garante uma protecção contra a corrosão através da formação de uma película passivante em

volta da armadura.

A carbonatação do betão é resultado da reacção entre o dióxido de carbono presente no ar e o

hidróxido de cálcio, presente no betão, que leva à formação de carbonato de cálcio e à

diminuição do pH. Verifica-se uma perda de alcalinidade que, quando atinge as armaduras,

provoca o desaparecimento da película de protecção, aumentando o risco de corrosão das

armaduras. Esta reacção vai-se propagando da superfície exterior do betão para o seu interior

a uma profundidade que depende aproximadamente da raiz quadrada do tempo.

A película passivante das armaduras pode também ser atacada por acção dos iões cloreto,

caso um valor limite da concentração de iões cloreto seja ultrapassado. Tanto o dióxido de

carbono como os iões cloreto propagam-se por difusão para o interior do betão, sendo que os

iões cloreto efectuam essa difusão através dos poros de betão com presença de água. Estes

iões cloreto são normalmente originários da água do mar, sendo a penetração dos mesmos no

betão é mais preocupante quando existe um ciclo de molhagem e secagem do betão. O ritmo

de propagação dos iões cloreto encontra-se também aproximadamente dependente da raiz

quadrada do tempo.



9

Ataques químicos

Os ataques químicos no betão armado caracterizam-se principalmente por reacções entre

agentes exteriores e constituintes do betão que alteram as características de resistência do

mesmo. É possível distinguir os ataques químicos em três classes diferentes: ataques de

ácidos, sulfatos e álcalis.

Existem vários agentes, gasosos, líquidos ou sólidos, que, ao entrar em contacto com o betão,

reagem com os compostos de cálcio e produzem novos compostos incoerentes e expansivos.

Entre estas reacções incluem-se os ataques de ácidos que podem provocar a desagregação

de partes de betão ou uma fendilhação generalizada.

Os ataques de sulfatos distinguem-se dos ataques de ácidos, na medida em que os ataques de

sulfatos consistem em reacções entre iões de sulfato e determinados compostos do cimento,

reacções essas com um carácter expansivo, que tendem a causar o aumento da porosidade do

betão, uma fendilhação de padrão irregular ou a consequente desagregação do betão.

Por fim, os ataques de álcalis dão-se quando os agregados do betão possuem uma

concentração elevada de sílica reactiva que reage com os álcalis que se podem encontrar nos

poros do betão. A reacção é altamente expansiva e o seu produto final consiste num gel de

álcali-silica, pelo que o betão fica fendilhado ou mesmo desintegrado e composto por um

material de resistência mecânica inferior [2].

Outras anomalias

Pode-se considerar que a existência de vazios ou zonas porosas é uma anomalia no betão

armado uma vez que, embora de índole maioritariamente estética, pode trazer outros

problemas ao nível da facilidade de penetração no betão por agentes exteriores ou alguma

influência no comportamento estrutural para casos mais gravosos. As causas principais destas

anomalias assentam na deficiente aplicação e compactação do betão, ou mesmo nas

características dos seus constituintes.

A ocorrência de descasques ou desagregação do betão mencionados anteriormente é também

considerada como anomalia do betão embora esteja bastante ligada à ocorrência de outras

anomalias, nomeadamente, ataques químicos, corrosão de armaduras ou excesso de cargas.

É necessário ter também em conta os fenómenos biomecânicos, tais como a abrasão e a

cavitação, cuja acção, se apresentar uma intensidade elevada, podem provocar danos

consideráveis no betão. Por fim, salientam-se ainda os agentes biológicos, vegetais ou

animais, que, em contacto com o betão, podem provocar reacções químicas com o mesmo,

alterando as características mecânicas deste, ou mesmo, o desenvolvimento dos agentes

vegetais que pode provocar o aumento de tensões internas no betão [2].

Estado da arte

10

2.1.2 Projecto de reabilitação

Antes de se avançar para a abordagem do processo de reabilitação de uma estrutura é

necessário ter presente as correctas noções sobre os termos normalmente utilizados neste

âmbito, nomeadamente os seguintes: reabilitação, reparação e reforço. Estes três conceitos

podem ser diferenciados através do seu objectivo principal.

Reabilitação – Operação que tem como intuito o aumento da durabilidade de uma

estrutura e pode ser realizado através da reparação, reforço ou uma combinação das

duas acções.

Reparação - todas as acções que visam repor totalmente ou parcialmente os níveis de

desempenho iniciais da estrutura.

Reforço - acção que incide sobre o comportamento de uma estrutura, visando o

aumento da resistência e/ou ductilidade dos seus elementos, garantindo um

desempenho superior relativamente ao seu estado inicial.

Existem actualmente vários métodos de reforço e reparação de estruturas, pelo que é

necessário realizar uma análise cuidada da situação existente da estrutura a reabilitar, e

futuras aplicações para a mesma, de forma a ser possível determinar a intervenção que melhor

cumpra os requisitos estabelecidos.

Um projecto de reabilitação tem como principal objectivo caracterizar as condições existentes

numa determinada estrutura e avaliar a sua compatibilidade com a futura utilização da mesma.

Devido às condicionantes e especificidades de cada estrutura, não existe um método universal

para a realização deste tipo de projectos. Existe, no entanto, uma série de passos que se

consideram essenciais para a correcta realização de um projecto de reabilitação, tendo sempre

em conta os objectivos pretendidos pelo dono de obra, e que são apresentados na Tabela 2.1.

Relativamente à avaliação estrutural, é de referir que se recomenda uma maior exigência,

comparativamente com estruturas novas, ao nível dos coeficientes de majoração para as

cargas actuantes e dos coeficientes de minoração da capacidade resistente da estrutura,

sendo que estes últimos podem ser ajustados através de um valor denominado de relação de

capacidade, com os valores apresentados no CEB Bulletin D’Information nº162, que variam de

acordo com os danos existentes na estrutura [11].

Um passo essencial em qualquer operação de reabilitação consiste na identificação das

causas das anomalias existentes, sendo que se for possível eliminar a acção que desencadeia

o aparecimento das anomalias, esta deve ser feita previamente à operação de reabilitação. A

determinação do tipo de intervenção e da técnica de reabilitação a aplicar deve então ser

realizada tendo em conta as condicionantes existentes [12].



11

Tabela 2.1 - Etapas de um projecto de reabilitação

1 – Recolha de

documentação

I. Projectos da obra – Memórias descritivas, peças

desenhadas, especificações técnicas.

II. Registos da construção - Origem e ensaios de materiais,

registos de fiscalização, livro de obra.

III. Registo de alterações no uso da estrutura ou intervenções

de reabilitação anteriores

2 – Inspecção da

estrutura

I. Medição de geometrias dos elementos estruturalmente mais

relevantes.

II. Identificação de fissuras e respectiva caracterização,

deslocamentos e deformações perceptíveis e outras zonas

com indícios de deterioração futura.

III. Quantificação das propriedades mecânicas do betão e do

aço através de ensaios in-situ ou em laboratório.

3 – Avaliação

estrutural

I. Verificação da segurança da estrutura face às condições

iniciais de projecto.

II. Verificação da segurança da estrutura face às novas

exigências de utilização.

4 – Avaliação final

Determinação do tipo de intervenção:

1. Conservação preventiva

2. Reparação/Reforço da estrutura

3. Mudança/limitação do uso da estrutura

4. Abandono ou demolição da estrutura

Dentro do mesmo âmbito, a vertente económica é fundamental na tomada de decisão, pelo que

por vezes é possível proceder à reabilitação da estrutura mas, devido a esta solução não ser

economicamente viável, é escolhido outro tipo de solução [3].

2.1.3 Técnicas de reparação

Como foi referido, a reparação tem como objectivo o restabelecimento das características

mecânicas iniciais de uma estrutura. As acções de reparação possuem uma grande gama de

técnicas possíveis com diferentes níveis de intervenção, ou seja, as acções de reparação

abrangem desde o preenchimento de pequenos vazios até à reconstrução parcial de

Estado da arte

12

elementos. Neste ponto pretende-se apresentar resumidamente os diferentes procedimentos

de reparação existentes face às anomalias anteriormente referidas.

De entre as várias técnicas existentes, é possível identificar dois tipos de abordagens, a

reparação através do preenchimento de falhas na continuidade do betão ou através da

substituição dos materiais danificados. Na substituição dos materiais danificados é

frequentemente aplicado um material semelhante, mas com determinadas propriedades que

previnem a recorrência de determinadas anomalias. Caso esta substituição seja feita com

materiais de resistências mecânicas superiores, esta operação pode ser considerada como

uma operação de reforço.

Não existe um método único de reparação de uma anomalia, pelo que a escolha da técnica e

dos materiais a utilizar encontra-se dependente das condições existentes e da gravidade e

extensão da anomalia.

Considerando inicialmente a reparação de vazios ou zonas porosas, esta é feita com recurso a

pequenas perfurações no betão com a frequência que se verificar necessária, desde que estas

consigam interceptar os vazios existentes. É posteriormente feita uma limpeza do interior de

forma a retirar possíveis partículas soltas. Para o preenchimento de vazios de pequeno volume

aconselha-se a utilização de resinas epóxidas enquanto que para maiores volumes

recomenda-se a utilização da argamassas não retrácteis à base de cimento com possíveis

aditivos.

Face à existência de descasques ou desagregações de betão, o procedimento de reparação

passa essencialmente pela remoção de todo o betão afectado e cuja integridade esteja em

risco, sendo este substituído por materiais novos. Dentro dos possíveis materiais de

substituição, encontram-se as argamassas epóxidas ou argamassas de cimento não retrácteis,

para lacunas relativamente pequenas, ou mesmo betão convencional, normalmente aplicado

em reparações de grande extensão.

É possível que, aliado a estas anomalias, se verifiquem danos nas armaduras, como

deformações ou corrosão das mesmas, pelo se deve proceder à sua substituição através da

soldadura ou empalme de novos varões. O betão deve então ser retirado deixando as

armaduras expostas e com uma folga razoável até ao ponto de soldadura ou de empalme.

Normalmente, devido às grandes quantidades de betão a substituir, recorre-se à aplicação de

betão normal, betão não retráctil ou betão projectado.

A aplicação do betão de substituição pode ser realizada basicamente de duas formas: através

de métodos tradicionais com recurso a cofragens, ou então através do sistema de betão

projectado, sendo este ultimo método normalmente utilizado quando se está perante grandes

superfícies de betão a reparar. Em ambos os casos, é necessário garantir a aderência entre o

betão novo e o existente.



13

O sistema de reparação de betão projectado consiste, como o nome indica, em projectar betão

na superfície a reparar, como é visível na Figura 2.3. O betão utilizado para projecção é

semelhante ao convencional, sendo que neste caso existe um maior controlo ao nível da

dimensão máxima dos agregados. O betão projectado tem a vantagem de dispensar cofragens,

na medida em que a projecção garante a compactação do betão e transmite-lhe uma grande

aderência, mesmo em superfícies verticais ou horizontais invertidas (tectos). Aos betões a

projectar pode-se ainda adicionar outros materiais que melhoram as suas características de

resistência ou durabilidade, tais como fibras de aço ou fibras de vidro (GRC).

Relativamente à acção de ataques químicos no betão armado, o método de reparação habitual

consiste na substituição do betão e armaduras afectadas. No entanto, se for verificado que o

processo de contaminação se encontra estabilizado, é possível recorrer ao preenchimento das

falhas existentes, desde que a aderência dos materiais de preenchimento ao betão não esteja

comprometida.

Por fim, e com maior relevância para este trabalho, refere-se a reparação de fendas em betão

armado. Em primeiro lugar, é necessário fazer uma correcta caracterização das fendas

existentes, na medida em que as características das fendas condicionam o tipo de reparação e

os materiais a aplicar.

O preenchimento de fendas com recurso a injecção de resinas é o procedimento mais comum

para este tipo de anomalia e consiste na injecção, sob pressão, de resinas através de

injectores colocados junto das fendas (Figura 2.4). As características das resinas,

nomeadamente ao nível da sua aderência ao betão e resistência mecânica permitem realizar

uma reparação estrutural do elemento de betão armado em causa. Este método será abordado

de forma mais detalhada mais à frente neste trabalho.

Figura 2.3 - Aplicação de betão projectado [13] Figura 2.4 - Reparação de fendas com injecção de resinas [14]

Caso não seja necessária a reparação estrutural do betão armado, é também possível realizar

a reparação de fendas através da sua selagem. Esta operação consiste na abertura da

superfície da fenda e o seu preenchimento com um material selante. O campo de utilização

desta técnica baseia-se em situações em que é necessário realizar a impermeabilização das

Estado da arte

14

fendas à água ou ao ar, tais como zonas onde existe pressão hidrostática aplicada sobre a

superfície do betão. Dentro dos materiais de selagem passíveis de aplicação encontram-se as

resinas de poliuretano, silicones, polisulfuretos ou argamassas poliméricas [2, 15].

2.1.4 Técnicas de reforço

O reforço de betão armado pressupõe, geralmente, a introdução ou adição de novos materiais

resistentes nos elementos que demonstrem uma resistência mecânica inferior à que lhe é

exigida pelo tipo de acções a que se encontram sujeitos. Na Tabela 2.2 enumeram-se as várias

técnicas de reforço existentes e indica-se em quais elementos estruturais de betão armado

estas são aplicadas mais habitualmente.

Tabela 2.2 - Técnicas de reforço existentes e sua aplicabilidade

Técnicas de reforço

Elemento estrutural

Pilares Vigas

Lajes Paredes Flexão Corte

Encamisamento de betão x x x x x

Colagem de chapas metálicas x x x x x

Aplicação de sistemas de CFRP x x x x

Introdução de perfis metálicos x x x x

Introdução de pré-esforço x x

O encamisamento de betão, como se pode observar na Tabela 2.2, é uma técnica que pode

ser utilizada no reforço de qualquer elemento estrutural e a sua realização assenta no aumento

das dimensões da secção de um determinado elemento. Associada a esta técnica de reforço

está, normalmente, a adição de armaduras resistentes à tracção e ao esforço transverso. A

aderência entre os materiais existentes e os novos é de grande importância pelo que, antes de

se aplicar o betão novo, deve-se remover o betão existente até deixar as armaduras expostas.

A colagem de chapas metálicas pode ser aplicada em vigas e lajes e é, na maioria dos casos,

usada no aumento da resistência à flexão, pelo que, nestes casos, a sua forma assemelha-se à

de um laminado que percorre o elemento longitudinalmente. A colagem é feita com recurso a

colas epóxidas, sendo aplicada uma pressão uniforme sobre a chapa até o adesivo ganhar

resistência, de modo a que este apresente a espessura desejada. As chapas metálicas podem

também ser utilizadas no reforço da resistência das vigas ao esforço transverso pelo que as

chapas são colocadas verticalmente nas faces laterais das vigas e normalmente soldadas à

chapa metálica longitudinal. Na Figura 2.5 é possível observar a utilização da colagem de

chapas metálicas para reforço à flexão de uma laje.



15

Relativamente à utilização de sistemas de CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymers), o

sistema de aplicação é relativamente semelhante ao empregue na colagem de chapas

metálicas para reforço de vigas e lajes. No reforço de vigas e lajes podem ser utilizados, para

colagem, laminados ou mantas de CFRP para reforço à flexão. No reforço ao esforço

transverso de vigas, podem ser coladas mantas de CFRP, que envolvem transversalmente a

viga, ou laminados em “L”, aplicados em ambos os lados da viga e ancorados no banzo da

mesma. A técnica de envolvimento dos elementos é também utilizada para o reforço de pilares,

sendo que nesta operação são colados tecidos de CFRP que actuam multidireccionalmente

(Figura 2.6). O reforço à flexão de vigas de betão armado com recurso a laminados de CFRP

irá ser apresentado de forma mais pormenorizada no ponto 2.3 deste trabalho.

Figura 2.5 - Reforço de uma laje com recurso a chapas coladas [14]

Figura 2.6 - Reforço de um pilar com tecidos de CFRP [17]

O reforço de pilares através da introdução de perfis metálicos é feito geralmente através da

colagem de cantoneiras às arestas dos pilares, com argamassas epóxidas, e unidas entre si

por soldadura de chapas metálicas ou varões. As cantoneiras são também ligadas a capitéis

que fazem a ligação entre o pilar e as lajes superior e inferior através de um adesivo à base de

epóxidos. No reforço de vigas pode ser utilizada a colagem de cantoneiras nos cantos da viga

ou pode-se recorrer à criação de um elemento misto em que um perfil metálico, por exemplo

em “I” é colado à superfície inferior da viga, existindo um aumento significativo da altura do

elemento. A colagem de vigas metálicas pode ser também utilizada no reforço de lajes,

embora, em ambos os casos exista uma maior dificuldade em garantir o monolitismo da

solução final. Para o reforço de lajes, existe a alternativa de introduzir os perfis metálicos nas

mesmas, garantindo uma melhor transmissão de esforços, apesar de implicar maiores

trabalhos na laje existente. No reforço de paredes são abertos roços na mesma onde são

introduzidas cantoneiras e fixadas com argamassas epóxidas, formando uma estrutura

quadrilátera na qual as cantoneiras estão unidas entre si através da soldagem de chapas

metálicas.

A aplicação de pré-esforço pode ser utilizada no reforço de vigas, na medida em que o traçado

dos cabos, que podem ser exteriores ou interiores à peça a reforçar, permite contrariar as

Estado da arte

16

acções existentes. Este método tem a vantagem de não necessitar da descarga do elemento,

mas pode trazer problemas na zona de ancoragem e tem efeitos estéticos consideráveis [2,11].

2.2 Reparação de fendas com injecção de resinas

O tipo de fendas existentes no betão armado influencia, de certa forma, as características da

operação de injecção. Assim sendo, para além de neste ponto se expor as diferentes técnicas

e materiais que melhor se adequam a cada situação, é também referida alguma informação

acerca das caracterizações possíveis das fendas e dos mecanismos de formação das mesmas.

2.2.1 Fendilhação do betão armado

O betão armado como material estrutural pretende tirar partido das características dos

materiais que o compõem, na medida em que este funciona de modo a que o betão suporte os

esforços de compressão e que as armaduras resistam aos esforços de tracção. No entanto,

continua a existir uma secção de betão sob a acção de esforços de tracção pelo que este irá

eventualmente fendilhar.

Caracterização de fendas

Como foi referido, é necessário analisar as fendas de forma a escolher correctamente o tipo de

reabilitação a efectuar. A caracterização das fendas pode ser feita em diferentes níveis:

Abertura máxima das fendas;

Actividade das fendas;

Acções e esforços de fendilhação;

Teor de humidade.

Relativamente ao primeiro modo de classificação, a abertura das fendas é o primeiro indicador

da gravidade da situação presente, sendo que estas se encontram discriminadas como se

indica na Tabela 2.3 [2].

Tabela 2.3 - Classificação de fendas de acordo com a sua abertura máxima [2]

Tipo de fendas Largura máxima

Microfissuras ≤ 0,05 mm

Fissuras intermédias Entre 0,05 mm e 0,4 mm

Macrofissuras ≥ 0,4 mm



17

As microfissuras são pequenas fendas que se desenvolvem apenas na zona do betão

envolvente das armaduras. A existência destas microfissuras foi comprovada

experimentalmente por Broms (1965) [18] e por Goto e Otsuka (1971) [19]. Tanto as fissuras

intermédias como as macrofissuras podem-se apresentar em qualquer zona do betão [10].

As fendas podem também ser classificadas de acordo com a sua actividade, isto é, a

estabilidade que apresentam. Uma fenda é considerada inactiva se, ao longo de um período

tempo suficientemente representativo, a fenda não apresenta variações referentes à sua

abertura. Pelo contrário, se a fenda apresenta variações de abertura de índole cíclica ou

crescente, a fenda considera-se activa. A actividade de uma fenda pode ser monitorizada

através de “testemunhos” colocados sobre a fenda, como calços de gesso ou tiras de vidro ou

de papel, mas que apenas indicam se existe actividade ou não. A caracterização quantitativa

da actividade de uma fenda pode ser feita com recurso a fissurómetros mecânicos ou eléctricos

[16].

Como foi demonstrado anteriormente, a fendilhação do betão é uma manifestação possível de

diferentes acções, sendo que cada acção é responsável por uma distribuição de esforços

distinta e, consequentemente, por fendas distintas. Assim sendo, é de certa forma possível

caracterizar as fendas consoante a acção que levou à sua formação. No caso de existir um

excesso de cargas nos elementos de betão armado é possível observar a existência de fendas

características de cada tipo de esforço existente. Se a fendilhação for consequência da acção

de tracção pura, as fendas desenvolvem-se em planos paralelos ao longo do elemento. Se as

fendas se manifestarem devido à flexão excessiva do elemento, então estas desenvolver-se-ão

desde a face de tensão de tracção máxima até à linha neutra. As fendas provocadas por

excesso de esforço transverso desenvolvem-se nas faces laterais e apresentam uma

inclinação correspondente às bielas de transmissão de esforços. Por fim, o excesso de

esforços de torção provoca fendas que se desenvolvem de forma helicoidal [10].

O teor de humidade existente nas fendas é também um factor condicionante na escolha dos

materiais de injecção a aplicar. Assim, pode-se atribuir as seguintes classificações de fendas

consoante o teor de humidade existente [20]:

Fissuras secas – Sem infiltrações de água e com nenhum resíduo de água detectável

na zona fissurada (Figura 2.7);

Fissuras com humidade – Manchas na zona fissurada, mas sem presença de água.

Sinais de infiltração recente ou com água ou humidade visível nos bordos da fissura ou

no seu interior;

Fissuras com infiltração, sem pressão – Possui água visível na zona fissurada ou

apresenta um ligeiro gotejar através da fissura (Figura 2.8);

Fissuras com infiltração, com pressão – Saída contínua de água através da fissura.

Estado da arte

18

Figura 2.7 - Exemplo de fissuras com humidade [20]

Figura 2.8 - Exemplo de uma fissura com infiltração, sem pressão [20]

Controlo de fendilhação

Um dos pressupostos que se deve ter em consideração no dimensionamento de estruturas de

betão armado é que o fenómeno da fendilhação é, na maioria dos casos, inevitável. É, no

entanto, necessário obedecer a determinados princípios que permitem, de certa forma, exercer

um controlo sobre a fendilhação, nomeadamente ao nível da abertura de fendas que se venha

a verificar. Este controlo pode ser feito de através de duas abordagens: o controlo directo e o

controlo indirecto.

Segundo o CEB/FIB [10] o controlo directo da fendilhação assenta no cálculo da abertura de

fendas característica ( ) cuja fórmula de cálculo se apresenta de seguida:

(2.2-1)

Onde, corresponde ao espaçamento máximo entre fendas, e representam a

extensão média do aço e do betão, respectivamente, e corresponde à extensão do betão

devido à retracção, assumindo geralmente um valor negativo, embora, na maioria das vezes,

desprezável.

Para o cálculo do espaçamento máximo entre fendas é muitas vezes empregue a fórmula

indicada no Eurocódigo 2, que se apresenta de seguida:

(2.2-2)

onde corresponde ao recobrimento das armaduras, é um coeficiente que tem em conta a

aderência entre a armadura e o betão, podendo assumir dois valores: 0,8 para varões de alta

aderência, ou seja, nervurados ou rugosos, e 1,6 para varões lisos. Na mesma expressão é

um coeficiente que representa o tipo de esforço actuante, seja ele de flexão ou tracção pura

(varia entre 0,5 e 1, respectivamente), corresponde ao diâmetro das armaduras longitudinais

e refere-se à percentagem de armadura efectiva, ou seja, tem em conta a área de betão



19

sob acção das tensões transmitidas pelas armaduras, . De notar que esta fórmula apenas

é válida se o espaçamento entre armaduras longitudinais for inferior a , caso

contrário assume-se que a distância máxima entre fendas corresponde a [21]:

(2.2-3)

Onde h corresponde à altura do elemento e à distância da linha neutra à superfície superior

do elemento.

Considerando a extensão do betão por retracção desprezável para o âmbito deste trabalho, a

diferença entre as extensões médias do aço e do betão, também denominada de extensão

média relativa entre o aço e o betão ( ), pode ser determinada da seguinte forma:

(2.2-4)

e sendo,

então,

(2.2-5)

onde corresponde à extensão do aço existente na zona da fenda, corresponde à relação

entre os módulos de elasticidade do aço e do betão, é um factor de integração da distribuição

de extensões, que assume o valor de 0,6 para acções de curta duração e de 0,38 para acções

de longa duração ou cíclicas, e correspondem à extensão do aço na zona da fenda,

imediatamente antes e depois da formação da mesma, respectivamente, e assume o valor

médio de resistência do betão à tracção [10].

O Eurocódigo 2 limita a abertura de fendas aos valores indicados na Tabela 2.4, que se

encontram dependentes da classe de exposição do elemento em causa. A definição das

classes de exposição encontra-se no mesmo documento.

Tabela 2.4 - Valores limite de abertura de fendas consoante a classe de exposição [22]

Classe de exposição Valores máximos para (mm)

X0, XC1 0,4

XC2, XC3, XC4

XD1, XD2

XS1, XS2, XS3

0,3

O American Concrete Institute aborda também o controlo directo da fendilhação no ACI 318-89,

onde se recomenda o cálculo de um factor , determinado da seguinte forma:

Estado da arte

20

(2.2-6)

onde, corresponde à tensão nas armaduras, corresponde a uma área efectiva por

armadura, ou seja, a relação entre a área efectiva de betão e o nº de varões e à espessura

de recobrimento de betão. A utilização desta fórmula pretende dar ênfase ao papel da tensão

nas armaduras no controlo de fendilhação. O princípio de limitação deste valor consoante o tipo

de exposição em que o elemento de betão armado se encontra é também utilizado neste caso,

apresentando-se estes valores na Tabela 2.5

Tabela 2.5 - Valores limite para z consoante o tipo de exposição do betão armado [23]

Tipo de exposição Valor limite de

Interior de estruturas 30,6 kN/mm

Exterior de estruturas 25,4 kN/mm

Estruturas retentoras de líquidos 20,1 kN/mm

Estruturas expostas a condições ambientais severas

16,6 kN/mm

Relativamente ao controlo indirecto da fendilhação, o primeiro passo consiste em garantir a

presença de uma quantidade de armadura mínima, . Esta armadura mínima assegura a

ductilidade do elemento em questão após a formação da primeira fenda. Caso contrário a

armadura plastifica, impossibilitando a transmissão de tensões do aço para o betão e o

consequente aparecimento de novas fendas. Na expressão (2.2-7) demonstra-se qual a

quantidade de armadura que impede a plastificação após o aparecimento da primeira fenda, no

caso de existência de tracção pura.

(2.2-7)

Nesta expressão, representa a tensão de tracção máxima do betão, corresponde à área

de betão traccionado, corresponde à área de armadura, representa a percentagem de

armadura, corresponde à tensão de cedência do aço e corresponde à relação entre os

módulos de elasticidade do aço e do betão

De acordo com o Eurocódigo 2, o cálculo da armadura mínima assume a seguinte forma:

(2.2-8)

onde representa a área de betão traccionada, corresponde ao valor médio da

resistência à tracção do betão na idade em que se espera que ocorram as primeiras fendas,

sendo que geralmente assume o valor de , tensão média de resistência à tracção do betão



21

aos 28 dias de idade, representa um coeficiente que considera o efeito não uniforme das

tensões auto-equilibradas na diminuição de , assumindo valores dependentes da

espessura ou altura do elemento, de acordo com o gráfico da Figura 2.9.

Figura 2.9 - Variação dos valores de com a espessura do elemento [22]

Para fendilhação devido a cargas aplicadas, . Por fim corresponde a um coeficiente

que tem em conta a distribuição de tensões imediatamente antes do aparecimento da primeira

fenda, assumindo então os seguintes valores:

Para tracção simples,

Para flexão simples ou composta

o Para secções rectangulares ou almas de secções em “caixão” ou em “T”

(2.2-9)

o Para banzos de secções em “caixão” ou em “T”

(2.2-10)

onde, representa a tensão média actuante na zona em questão ( , sendo o valor

do esforço normal actuante), corresponde a um coeficiente que considera o efeito dos

esforços normais na distribuição de tensões, assumindo o valor de 1,5 para esforços normais

de compressão e para esforços normais de tracção, corresponde ao menor valor

entre e 1,0 m, e representa o valor absoluto da força de tracção no banzo no momento

imediatamente antes ao aparecimento da primeira fenda [22].

O Eurocódigo 2 recomenda um método de controlo indirecto da fendilhação baseado na

imposição de limites no diâmetro das armaduras a utilizar e no espaçamento entre armaduras

consoante a tensão no aço e a abertura de fendas que se pretende obter. No entanto, a

Estado da arte

22

limitação do espaçamento entre armaduras é apenas uma condição alternativa para a acção de

cargas verticais. Estes valores limite podem ser observados na Tabela 2.6.

Tabela 2.6 - Diâmetros e espaçamentos de varões máximos para controlo de fendilhação

Tensão no aço (MPa)

Máximo diâmetro do varão (mm) Máximo espaçamento entre varões (mm)

wk = 0,40 mm wk = 0,30 mm wk = 0,20 mm wk = 0,40 mm wk = 0,30 mm wk = 0,20 mm

160 40 32 25 300 300 200

200 32 25 16 300 250 150

240 20 16 12 250 200 100

280 16 12 8 200 150 50

320 12 10 6 150 100 -

360 10 8 5 100 50 -

400 8 6 4 50 - -

450 6 5 - - - -

2.2.2 Materiais de injecção

Quando é determinada a utilização de resinas de injecção para preenchimento de fendas é

necessário considerar o tipo de resina a aplicar tendo em conta a sua função. Existem duas

qualidades principais de resina que serão abordadas de seguida: resinas epóxidas e resinas de

poliuretano. De notar que, devido ao seu custo relativamente elevado, a injecção de resinas

não é aconselhável quando se pretende reparar betão com vazios consideráveis ou em que a

superfície do betão se encontre muito fendilhada. Nestes casos é preferível dar uso a

argamassas cimentícias, no preenchimento de grandes vazios, ou a reconstrução da superfície

do betão, para os casos de fendilhação generalizada [24].

A distribuição dos materiais de injecção para reparação do betão encontra-se, actualmente,

dependente da marcação CE. De modo a estes produtos obterem a etiqueta de conformidade

CE, é necessário que cumpram os requisitos da norma europeia EN 1504-5. A parte 5 da EN

1504 especifica os requisitos para a identificação, comportamento (que inclui aspectos de

durabilidade) e segurança dos produtos para preenchimento de fendas e cavidades internas no

betão, por injecção ou por gravidade. Dentro dos produtos abrangidos pela norma EN 1504-5

encontram-se as resinas epóxidas, as resinas de poliuretano e o micro-cimento, embora não

estejam incluídas as espumas de poliuretano [20, 25]

Resinas epóxidas

As resinas epóxidas consistem em copolímeros que são formados através da mistura entre um

polímero epóxido e um agente catalizador (ou endurecedor), que interagem de forma a obter



23

produtos fortemente ligados e cruzados, com uma elevada resistência mecânica, aderência e

resistência química. O agente principal na polimerização é a funcionalidade epóxi, um anel de

três membros, composto por um átomo de oxigénio e dois de carbono. A grande maioria das

resinas epóxidas é constituída pela mistura entre epiclorohidrina e bisfenol-a, sendo o processo

químico visível na Figura 2.10 [26].

Figura 2.10 - Reacções químicas de formação de resinas epóxidas [26]

As primeiras tentativas comerciais do fabrico da resina através da epiclorohidrina aconteceram

em 1927 nos Estados Unidos da América. O mérito da primeira síntese de uma resina baseada

no bisfenol-a foi partilhado entre o Dr. Pierre Castan da Suíça e o norte-americano Dr. S. O.

Greenlee em 1936. Hoje em dia, as resinas epóxidas possuem uma grande diversidade de

funções, tais como as seguintes [4]:

Tintas anticorrosivas e protecção de pinturas;

Adesivos estruturais;

Sistemas electrónicos;

Aglutinantes para fabrico de compósitos;

Indústria automóvel e aeronáutica.

No âmbito da construção civil, as resinas epóxidas são comercializadas no estado líquido,

juntamente com uma embalagem de endurecedor em que a mistura é realizada de acordo com

as indicações do fabricante. A aplicação das resinas epóxidas é feita logo a seguir à mistura

dos dois componentes durante um período denominado de pot life, período de tempo durante o

qual o material apresenta as condições indicadas de trabalhabilidade, sendo que, no caso das

resinas, corresponde ao tempo de polimerização.

O pot life de uma resina epóxida encontra-se dependente da temperatura ambiente, diminuindo

à medida que a temperatura aumenta. Como a reacção de polimerização é exotérmica, a

quantidade de resina misturada também influencia o pot life, na medida em que maiores

quantidades de mistura levam a uma maior libertação de calor. [2].

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Epiclorohidrina&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Bisfenol-a&action=edit&redlink=1

Estado da arte

24

A variedade de resinas epóxidas disponíveis no mercado actual é bastante alargada, devido ao

seu elevado número de aplicações possíveis. Estas encontram-se principalmente diferenciadas

de acordo com a sua utilização, referindo-se o preenchimento de fissuras, a execução de

selagens ou a colagem de reforços estruturais, tais como chapas de aço ou laminados de fibras

sintéticas. De acordo com a utilização a que se propõem, as características que as resinas

apresentam, como a sua viscosidade, pot life, aspecto físico, entre outras, variam de modo a

melhor cumprirem os objectivos em questão.

O tempo necessário para a resina ganhar resistência varia entre 0.5 a 10 horas, atingindo-se a

máxima resistência por volta dos 7 dias. Quando a resina endurece, é inútil tentar que esta

adira a qualquer material pois esta adquire uma consistência vítrea sem qualquer aderência,

sendo possível observar o seu aspecto final na Figura 2.11.

No que toca à utilização das resinas epóxidas para reparação de betão armado, estas

destacam-se pela sua boa aderência ao betão, a boa protecção conferida contra a corrosão

das armaduras e por serem capazes de repor, quase na sua totalidade, a capacidade

resistente de estrutura, quando devidamente aplicadas. Comparativamente com o betão, estas

apresentam uma resistência superior, tanto à compressão como à tracção. No entanto, o seu

elevado módulo de elasticidade faz com que, para fendas activas, estas resinas não sejam as

mais indicadas, na medida em que é provável o aparecimento de novas fendas junto à zona

reparada. Na tabela 2.7 pode-se observar os valores das características mecânicas das resinas

epóxidas.

Tabela 2.7 - Principais características de resinas epóxidas [2]

Resistência à compressão 80 – 120 MPa

Resistência à tracção 40 – 55 MPa

Módulo de elasticidade 2 – 3 GPa

Deformação na rotura 1 – 9 %

Peso específico 10.8 – 12.7 kN/m3

Retracção volumétrica na cura 1 – 3 %

Temperatura de transição vítrea 50 – 260 ºC

Coeficiente de dilatação térmica 45 – 90 µm/m/ºC Figura 2.11 - Resina epóxida [20]

A aplicação das resinas epóxidas como material de preenchimento de fendas encontra-se

limitada a fendas que apresentem uma abertura entre 0,1 e 6 milímetros pois, abaixo do

primeiro limite é praticamente impossível que as resinas penetrem em espaços mais reduzidos

e, no segundo limite, é difícil reter as resinas nas fendas. Uma das soluções praticadas

consiste na alteração da viscosidade das resinas para uma melhor penetração ou aderência ao

betão. Pode-se ainda recorrer ao enchimento de resinas com agregados finos (filler) quando se

pretende executar o preenchimento de fendas com uma abertura considerável, prática que



25

permite reduzir os custos do material e os problemas relacionados com a retracção, fluência e

calor de reacção [2,22].

Resinas de poliuretano

Do ponto de vista químico, os poliuretanos podem-se considerar uma família de polímeros

devido ao elevado número de variações que podem assumir, facto que os torna aplicáveis para

inúmeras funções. Um poliuretano é formado através de uma reacção que envolve mais do que

uma ligação em cadeia de uretano, sendo estas criadas através da reacção entre dois

compostos, isocianatos e hidroxilas. Os isocianatos possuem na sua composição azoto,

carbono e oxigénio, e a reacção com as hidroxilas é provocada pelo elemento hidrogénio

presente neste composto.

Assim sendo, a produção de resinas de poliuretano é normalmente realizada através da

reacção entre um poliol, que é meramente um álcool que contém mais do que um átomo de

hidrogénio, e um diisocianato, composto que possui dois isocianatos. É necessária a

introdução de calor ou catalisadores para a reacção ficar completa, ponto a partir do qual a

resina começa a assumir a sua forma final e irreversível, mesmo sujeita novamente a altas

temperaturas [27].

Relativamente à aplicação das resinas de poliuretano na construção civil, estas podem ser

utilizadas como revestimento para pavimentos, membranas de impermeabilização e para selar

e eliminar ou reduzir a infiltração de águas nas fendas ou juntas do betão [28]. Estas também

podem ser aplicadas em fendas que apresentem um reduzido nível de actividade. No entanto,

é importante salientar que as resinas de poliuretano não devem ser utilizadas para reparar

estruturalmente o betão, pois a sua resistência não é muito significativa.

Tal como as resinas epóxidas, estas resinas não podem ser injectadas em fendas com uma

abertura inferior a 0,1 milímetros.

As resinas de poliuretano encontram-se disponíveis numa grande variedade relativa às suas

propriedades físicas. A reacção dos componentes destas resinas é, geralmente, expansiva e o

seu produto final pode-se assumir como uma espuma flexível, visível na Figura 2.12, ou como

sólidos semi-flexíveis de elevada densidade que podem ser utilizados para estabelecer a

ligação entre secções de betão sujeitas a movimento. Apesar de ambos os produtos serem

resinas de poliuretano, o produto final na forma de espuma é normalmente designado de

espuma de poliuretanto enquanto o produto final na forma de sólido semi flexível é designado

de resina de poliuretano. A grande maioria das resinas de poliuretano inicia o seu processo de

reacção e cura através da interacção com a água, tornando-as ideais na reparação de betão

que esteja em contacto com água ou em ambientes muito húmidos [24].

A distribuição das resinas para consumo é feita em dois componentes. Um dos componentes

consiste na resina de poliuretano pura, enquanto o segundo é um reagente composto

Estado da arte

26

basicamente por água. O pot-life deste tipo de resinas é de curta duração, após a mistura da

resina com a água, pelo que é aconselhada a utilização de equipamentos de injecção que

realizem a mistura poucos instantes antes da injecção da resina, visto não ser possível realizar

a injecção de apenas a resina de poliuretano no seu estado puro. [24]. Na Figura 2.13 é

possível observar a saída da resina de poliuretano de uma fenda, resultado da injecção da

mesma.

Micro-cimentos

Apesar de este material estar fora do âmbito da injecção de resinas, ele pode também ser

utilizado na reparação de fendas em betão armado. Na reparação de betão armado, a sua

aplicação assenta essencialmente na selagem de fissuras e como grout de injecção para

preenchimento de vazios, incluído fissuras. No entanto, a injecção deste material pode também

ser executada para a consolidação e impermeabilização de solos ou rochas fragmentadas.

Como o nome indica, o micro-cimento é composto por partículas de dimensão bastante

reduzida, com a máxima dimensão dos agregados a rondar os 10 a 20 micrómetros. A sua

distribuição é normalmente feita através de dois componentes. O componente principal

consiste no pó de cimento que é posteriormente misturado com um líquido, maioritariamente

composto por água, que pode conter adjuvantes. A relação água/cimento da mistura é superior

à unidade pelo que o produto final apresenta uma viscosidade relativamente reduzida. Este

facto, aliado às dimensões dos agregados, faz com que os limites de abertura de fendas em

que se pode usar este material sejam bastante similares aos existentes para as resinas. Na

Figura 2.14 é possível observar a aparência do micro-cimento após a mistura dos seus

componentes.

A introdução de micro-cimento no betão armado permite a recuperação de alguma alcalinidade

no recobrimento das armaduras, contribuindo assim para a protecção contra corrosão das

mesmas. Comparativamente com as resinas epóxidas, o micro-cimento possui um período de

trabalhabilidade ou pot-life de maior duração, mas a razão da menor utilização deste material

Figura 2.12 - Espuma de poliuretano [20]

Figura 2.13 - Injecção de resina de poliuretano numa fenda [29]



27

na reparação de fendas assenta essencialmente no facto de os micro-cimentos não garantirem

uma adesão ao betão existente tão elevada como a verificada na utilização de resinas, o que a

torna menos aconselhável para reparação estrutural de elementos fendilhados [20]

Figura 2.14 – Micro-cimento [20]

2.2.3 Técnicas de injecção de fendas

A injecção da resina nas fendas pode ser efectuada de diferentes modos. A determinação do

método de injecção não se encontra associada a nenhum critério explícito, pelo que a escolha

é normalmente feita com base nos requisitos do dono de obra ou nas recomendações de quem

realiza a reparação, através do aproveitamento de materiais que possui ou na experiência

adquirida em determinadas técnicas.

Um dos principais aspectos a ter em conta numa operação de injecção consiste na pressão

utilizada, existindo sistemas de baixa e alta pressão. Na determinação do sistema a utilizar é

necessário ter em conta tanto a viscosidade da resina como a abertura da fenda. Para

aberturas de fendas elevadas recomenda-se a utilização do sistema de baixa pressão, embora

seja requerido um pot-life das resinas mais duradouro. Caso se esteja perante fendas com uma

abertura reduzida, então pode ser essencial a utilização de sistemas de alta pressão para uma

correcta penetração da resina, que deverá apresentar uma viscosidade reduzida. No entanto, a

utilização deste método pressupõe a limitação da pressão utilizada, de modo a que a injecção

não provoque tensões adicionais no betão e a consequente verificação da abertura de novas

fendas ou o prolongamento das existentes.

Neste ponto pretende-se descrever os procedimentos executivos das várias técnicas existentes

de injecção de fendas. Uma acção comum a todas técnicas de injecção consiste na preparação

e limpeza da fenda, de forma a garantir uma boa aderência entre os materiais injectados e o

betão. Esta operação pode ser feita recorrendo a pequenas escovas na superfície da fenda ou

com a utilização de ar comprimido para retirar possíveis poeiras ou outros resíduos no interior

da fenda.

Estado da arte

28

Injecção com injectores colados à superfície

Neste tipo de injecção, o primeiro passo consiste numa preparação prévia da superfície do

betão junto à fenda, com o propósito de melhorar a operação posterior de selagem. Para tal, é

realizado um alargamento da abertura da fenda à superfície em forma de “V”, recorrendo a

brocas, pequenos martelos pneumáticos ou discos de corte, que introduzem uma certa

rugosidade no betão, sendo que a profundidade desta abertura deve ser aproximadamente de

10 a 20 milímetros.

Posteriormente, são colados os injectores ao longo da fenda, com adesivos próprios para o

efeito, e com uma distância entre si que se considere razoável, tendo em conta a espessura do

elemento a reparar. A distância entre injectores normalmente utilizada varia entre uma e uma

vez e meia a espessura do elemento a reparar, sendo também condicionante se a reparação é

feita de um lado, ou em ambos os lados do elemento, a profundidade da fenda, a viscosidade

do material de injecção ou a pressão de injecção. No caso de existirem bifurcações no

desenvolvimento da fenda, recomenda-se a colocação de um injector no ponto de bifurcação.

Recomenda-se ainda a inserção de um prego no interior dos injectores para comprovar que a

cola de fixação dos mesmos não põe em causa a passagem do material de injecção.

Concluída a colagem dos injectores, pode-se proceder à selagem da fenda (Figura 2.15), que é

realizada com aplicação de um material tixotrópico com resinas epóxidas ou com argamassas

à base de cimento, sendo que neste caso, aconselha-se molhar a superfície da fenda

previamente, de modo a que o material selante proceda a uma correcta secagem. Existe a

possibilidade de realizar furos no material selante e apenas colocar nesta altura os tubos de

injecção, embora desta forma se comprometa, até certo ponto, a eficácia da selagem da fenda.

Relativamente aos equipamentos de injecção, estes encontram-se disponíveis com uma certa

diversidade, pelo que a sua diferenciação pode basear-se na fonte de pressão ou no processo

de mistura dos componentes dos materiais de injecção. Estes equipamentos serão abordados

posteriormente com maior detalhe.

Após a colocação dos injectores e a selagem das fendas, estão reunidas as condições para se

realizar a injecção das fendas. O processo de injecção possui um carácter iterativo, na medida

em que se inicia com a colocação de uma válvula anti-retorno no injector onde se vai iniciar a

injecção, procedendo-se à realização de referida operação. Quando o material de injecção

começa a sair pelo injector adjacente, é interrompida a injecção e coloca-se a válvula anti-

retorno no injector onde se verificou a purga, procede-se à injecção no referido injector e assim

sucessivamente. Perante fendas que se desenvolvam na vertical, a injecção deve ser feita de

baixo para cima, de forma a tirar partido da acção da gravidade para um melhor preenchimento

das fendas. Quando a fenda é horizontal, a injecção deve-se iniciar num ponto intermédio,

sendo que posteriormente se pode optar pela injecção completa de um dos lados e de seguida



29

se realizar a injecção do lado em falta, ou realizar a injecção em lados alternados. Esta ordem

pode ser observada na Figura 2.16

Caso exista um consumo superior ao esperado de material de injecção sem que este saia pelo

tubo existente, deve ser interrompida a injecção devido à possibilidade de existir alguma rotura

na selagem ou uma comunicação com um vazio de grandes dimensões [2,20].

Injecção com injectores fixados mecanicamente

O processo executivo para este tipo de injecção é, na sua essência, bastante similar ao

verificado para os injectores colados à superfície. Neste caso, é também efectuada uma

abertura da superfície da fenda e a respectiva limpeza, seguido da aplicação do material

selante.

Posteriormente, procede-se à execução de furos no betão armado onde irão ser colocados os

injectores, que podem ser também denominados de packers. Como, na grande maioria dos

casos, a orientação da fenda no interior do elemento é desconhecida, estes furos são

realizados em lados alternados da fenda e com uma inclinação de aproximadamente 45º,

considerando um plano perpendicular à superfície do betão, e com uma profundidade que

permita ao furos intersectar a fenda.

É então colocado um injector no furo, por onde se pretende começar a injectar, como se pode

observar na Figura 2.17, e este é apertado de forma a fixar-se no betão. Enquanto os injectores

que são colados à superfície consistem basicamente em tubos ordinários, estes injectores

encontram-se dotados com um segmento de borracha que envolve uma zona roscada. Este

facto faz com que, ao rodar os injectores, se esteja a aplicar uma força de compressão na

borracha que, consequentemente, começa a expandir-se radialmente, aumentando

consideravelmente a sua força de fixação e a estanqueidade do furo.

Visto estes injectores possuírem uma válvula anti-retorno de origem, é necessário deixar

desimpedido o buraco por onde se prevê que o material de injecção comece a sair (Figura

Figura 2.15 - Aplicação de selagem na fenda [20]

Figura 2.16 - Ordem de injecção para: a) fendas verticais e b) fendas horizontais [2]

Estado da arte

30

2.18), ou seja, os injectores são apenas colocados após a realização da injecção no buraco

anterior. De notar que neste caso é utilizada a mesma ordem de injecção.

Após a conclusão da injecção e da cura do material injectado, é possível retirar a parte exterior

do injector, desenroscando a mesma. O resto do injector fica perdido no interior do betão [30].

Injecção com injectores de pressão

Deve-se notar, em primeiro lugar, que este método de injecção de fendas tem níveis de

utilização algo reduzidos, não existindo também muita documentação neste âmbito. Estes

injectores de pressão são constituídos por duas partes: um tubo de injecção, em tudo

semelhante aos injectores colados à superfície, excepto no facto de este ser adaptável ao

segundo componente que consiste numa cápsula, onde é inserido o material de injecção,

sendo esta cápsula responsável pela criação da pressão de injecção. Esta pressão pode ser

exercida através da utilização de pequenos balões ou molas e assume valores relativamente

reduzidos. O facto de a injecção ser feita a baixa pressão faz com que os materiais de injecção

necessitem de ter um pot-life consideravelmente mais longo e, consequentemente, se tornem

mais onerosos.

A preparação prévia à injecção é feita através da colocação dos tubos de injecção na superfície

da fenda, seguida da selagem da mesma e, por fim, são encaixadas as cápsulas nos

respectivos tubos.

Relativamente ao sistema de injecção com balões, a introdução da resina nos balões é

possível através da existência de uma ligação tripla que une o tubo de injecção, o balão e a

boca de introdução da resina. Esta ligação possui válvulas anti-retorno que garantem o

correcto deslocamento do material de injecção pela boca de introdução até ao balão e,

posteriormente, até ao tubo de injecção. Na Figura 2.19 é visível a realização da injecção de

fendas através desta técnica.

Figura 2.17 - Colocação de um injector num dos furos realizados [30]

Figura 2.18 – Purga da resina no buraco subsequente, após injecção da mesma [30]



31

Para a injecção de fendas com recurso a molas, visível na Figura 2.20, esta é feita através da

introdução do material de injecção num compartimento que é posteriormente colocado na

cápsula de injecção, liga-se a cápsula ao tubo de injecção e solta-se a mola para pressurizar o

material de injecção e introduzi-lo na fenda.

Figura 2.19 - Colocação da resina nos balões de injecção [31]

Figura 2.20 - Injecção com recurso a molas [31]

Neste caso, não existe uma ordem de injecção definida, na medida em que todos os injectores

se encontram em funcionamento em simultâneo, embora seja habitual começar a introdução do

material de injecção numa cápsula de um dos extremos da fenda e prosseguir esta acção nas

restantes cápsulas até chegar ao outro extremo. Feita a introdução do material de injecção em

todas as cápsulas, regressa-se às primeiras cápsulas onde se iniciou o processo de injecção

para verificação da necessidade de introduzir mais material. Prossegue-se esta verificação

para as restantes cápsulas, repetindo este processo até se dar a injecção por concluída.

Estes mecanismos de injecção permitem ao utilizador observar visualmente o progresso da

injecção através das variações de volume, sendo que se conclui que a injecção está completa

quando não existem variações de volume nas cápsulas, passado um determinado período de

tempo [31, 32].

Impregnação

A técnica de impregnação consiste na aplicação directa do material de preenchimento nas

fendas, sem qualquer uso de pressão, não podendo, portanto, ser considerada uma injecção.

No entanto, devido ao seu carácter de reparação de fendas com materiais de preenchimento

semelhantes aos utilizados em injecções, será feita uma descrição breve deste método.

A impregnação é uma técnica que pretende tirar partido da gravidade, pelo que o seu processo

executivo é de relativa simplicidade. A aplicação do material de preenchimento é feita com

Estado da arte

32

recurso a pincéis, pelo que também é possível criar uma abertura da superfície da fenda, como

nas técnicas de injecção descritas anteriormente, e verter o material de preenchimento

directamente sobre a abertura. À medida que o material vai desaparecendo da superfície e

penetrando nas fendas, vai-se adicionando novas camadas de material até a impregnação

parar, dando-se a operação por completa.

Uma limitação de bastante relevância para esta técnica de reparação consiste no facto de ela

apenas ter aplicabilidade em superfícies horizontais, ou com pouca inclinação, e que não

apresentem infiltrações [20].

2.2.4 Mecanismos de injecção e processos de mistura

A injecção sob pressão pode ser feita de diferentes formas, nomeadamente as seguintes

[2,33]:

Ar comprimido;

Bombas manuais;

Bombas hidráulicas;

Cápsulas de pressão;

Vácuo.

Relativamente às bombas manuais, estas podem-se apresentar como dispositivos semelhantes

a seringas ou como bombas de pistão manuais, visível na Figura 2.21. No caso de bombas

hidráulicas, estas são accionadas por motores eléctricos, sendo possível observar um destes

equipamentos na Figura 2.22 [2]. A injecção de fendas com recurso ao vácuo é uma técnica

mais recente, mais cara e alvo de alguma controvérsia. É alegado que este método traz

vantagens ao nível da capacidade de penetração do material de injecção e na minimização das

tensões acrescidas ao betão. Existem, no entanto, algumas entidades que contestam estes

factos e que garantem que não compensa o custo acrescido e a complexidade que este

método acarreta [34].

Para a pressão de injecção aplicada, a empresa SIKA [20] recomenda a utilização de uma

expressão para limitação da pressão aplicada que se apresenta de seguida,

(2.2-11)

onde representa o valor característico da resistência à compressão do betão e o resultado

final desta expressão é dado em bar (1MPa = 10 bar).

No que toca aos processos de mistura, estes podem realizar-se de um modo contínuo ou

descontínuo. No modo contínuo, os dois componentes do material de injecção são colocados

dentro dos equipamentos que possuem elementos doseadores e que posteriormente realizam



33

a mistura dos componentes, consoante as necessidades de injecção. O modo descontínuo

assenta na mistura dos componentes previamente à sua colocação nos equipamentos de

injecção pelo que este modo implica uma maior atenção às quantidades misturadas para que a

injecção da mistura se efectue totalmente num período de tempo inferior ao pot-life. O modo

contínuo tem a vantagem de não carecer desta atenção, o que permite também a utilização de

materiais com um pot-life mais reduzido. Independentemente do modo de mistura aplicado,

deve haver respeito pelas indicações dos fabricantes no que toca às relações de mistura entre

componentes. Uma das características principais das bombas de injecção refere-se ao modo

de mistura, na medida em que as bombas monocomponentes e bicomponentes estão

associadas ao modo descontínuo e contínuo, respectivamente.

Figura 2.21 - Bomba monocomponente

manual [35] Figura 2.22 - Bomba monocomponente eléctrica

Sika® Injection Pump EL-1 [20]

Os equipamentos de injecção disponíveis estão, na maioria das vezes, associados aos

fabricantes dos materiais de injecção, existindo uma grande variedade neste campo. Esta

variedade é também resultado do facto de existirem diferentes modelos de equipamentos de

injecção para cada material que se pretende injectar.

2.2.5 Efeito das resinas no comportamento mecânico do betão armado

Como foi demonstrado anteriormente, as características mecânicas das resinas epóxidas

apresentam valores superiores aos verificados para o betão, pelo que é válido afirmar que as

resinas epóxidas são capazes de repor as características inicias do betão armado. Existem

resultados experimentais que comprovam este facto, apresentando-se alguns exemplos de

seguida.

Nas Figuras 2.23 e 2.24 são apresentados os resultados de uma investigação experimental

levada a cabo por Hewlett e Morgan [36] sobre a resposta estática e cíclica de vigas de betão

armado reparadas com resinas epóxidas. Neste caso foi efectuada uma análise da resistência

Estado da arte

34

das vigas a esforços de flexão e a esforços transversos. Na Figura 2.25 pode-se observar os

resultados de uma campanha experimental semelhante, tendo sido utilizadas três vigas de

betão armado sujeitas a esforços de flexão.

Em ambos os casos foi efectuado um carregamento prévio das vigas, para além da cedência

das armaduras, e foi posteriormente aplicada a técnica de reparação com injecção de resina

nas fendas [36, 37].

Figura 2.23 - Diagrama carga-flecha de uma viga sujeita a injecção das fendas com rotura por flexão

[36]

Figura 2.24 - Diagrama carga-flecha de uma viga sujeita a injecção das fendas com rotura por corte

[36]

Figura 2.25 - Diagrama carga-flecha de três vigas sujeitas a injecção das fendas com rotura por flexão [37]

Como é possível observar, a introdução de resinas epóxidas no betão armado é capaz de

replicar as características originais do betão armado e, de certa forma, ainda de provocar um

ligeiro aumento da sua capacidade resistente.

Ainda no âmbito da reparação de betão com resinas epóxidas, foi realizada uma investigação

por Issa e Debs [38] que consistiu no estudo da resistência à compressão de cubos com 15

centímetros de aresta sujeitos a este tipo de reparação. Foram ensaiados cubos padrão, cubos



35

com fendas e cubos com as fendas preenchidas com resinas. As fendas foram criadas com

recurso a chapas metálicas colocadas nas cofragens dos cubos, tendo sido utilizadas duas

chapas de dimensões distintas para testar dois tipos de fendas. Na Tabela 2.8 observa-se os

resultados dos ensaios à compressão dos diferentes cubos, sendo que os tipos de fendas

foram feitos com chapas, ligadas perpendicularmente às faces das cofragens, de 150 x 35 mm

e 70 x 50 mm, ambas com 2 mm de espessura, para o primeiro e segundo tipo de fendas,

respectivamente.

Tabela 2.8 - Resultados de ensaios à compressão de cubos fendilhados e reparados com resinas epóxidas [38]

Tipo de cubo (MPa) % de redução

Padrão 33,0 -

Fendilhado 1 19,1 40,93

Fendilhado 2 22,2 32,71

Fendilhado 1 e reparado 29,3 11,25

Fendilhado 2 e reparado 30,3 8,23

2.3 Reforço por colagem de laminados de CFRP

A utilização de laminados de CFRP no reforço à flexão de elementos de betão armado, como

lajes e vigas, tem vindo a provar ser bastante eficaz no melhoramento dos níveis de resistência

dos mesmos. Neste ponto do trabalho é feita uma apresentação dos diferentes aspectos

inerentes a esta operação, nomeadamente ao nível das características dos materiais

empregues, a sua aplicação e o seu desempenho estrutural.

2.3.1 CFRP como material estrutural

O CFRP consiste basicamente num material compósito constituído por fibras de carbono

embebidas numa matriz polimérica e corresponde à abreviatura de Carbon-Fibre Reinforced

Polymers, ou seja, tratam-se de polímeros reforçados com fibras de carbono. O CFRP por sua

vez pertence à família dos polímeros reforçados com fibras que também abrange os polímeros

reforçados com fibras de vidro (GFRP) ou de aramida (AFRP) que possuem igualmente alguma

aplicação no campo da engenharia civil. As fibras constituem uma elevada percentagem

volumétrica do produto final, assumindo valores entre os 20 a 60% [39].

De entre os três tipos de fibras mencionados, as fibras de carbono são as que apresentam

melhores propriedades mecânicas, possuem uma maior resistência à acção de agentes

químicos, são imunes à corrosão e não absorvem água. As fibras de vidro são as de menor

custo, têm maior peso específico, apresentam grande sensibilidade a meios alcalinos e têm

menor resistência a acções de fadiga. As fibras de aramida apresentam dificuldades de

Estado da arte

36

moldagem, têm baixa resistência à compressão, são sensíveis à fluência, à acção dos raios

ultra-violetas e às temperaturas elevadas.

Na Figura 2.26 e na Tabela 2.9 é possível observar as características mecânicas dos materiais

em questão, sendo também feita a comparação com os constituintes do betão armado. De

notar na Figura 2.26, a apresentação do desempenho de fibras de carbono de elevado módulo

de elasticidade (HM) e das fibras de carbono de elevada resistência (HS).

Figura 2.26 - Diagrama tensão-extensão de distintos tipos de fibras, do aço convencional e de cordões aço de pré-esforço [40]

Tabela 2.9 - Características físicas e mecânicas dos diferentes FRPs [40]

Material Módulo de

elasticidade (GPa) Resistência à tracção

(MPa) Densidade (kg/m

3)

Betão 20-40 1-3 2400

Aço 200-210 240-690 7800

Fibras de vidro 69-72 1860-2680 1200-2100

Fibras de aramida 69-124 3440-4140 1200-1500

Fibras de carbono 200-800 1380-6200 1500-1600

Perante estes dados, comprova-se a melhor aptidão das fibras de carbono para suportar

esforços, pelo que é justificado o facto de estas serem as mais utilizadas na execução de

reforços estruturais com materiais compósitos.

No que toca à matriz polimérica utilizada, a sua escolha recai em resinas termoendurecíveis

como as epóxidas, de poliéster ou de viniléster. Estas resinas têm a função de distribuir as

tensões pelas diversas fibras, protegê-las dos danos mecânicos, das agressões ambientais e

dos fenómenos de instabilidade [39, 40].

Relativamente ao reforço estrutural com elementos de CFRP, estes têm vindo a aumentar a

sua utilização, na medida em que esta técnica evita os problemas mais comuns associados às

técnicas de reforço tradicionais. O reforço estrutural com componentes de CFRP tem como

principais vantagens o facto de a sua execução ser fácil e simples e a sua afectação ser

mínima, no que toca ao aspecto final do elemento reforçado.



37

Os elementos estruturais de CFRP podem assumir diferentes formas, possuindo cada sistema,

características próprias e objectivos distintos. Estes sistemas podem ser divididos em sistemas

pré-fabricados e sistemas curados in-situ.

Nos sistemas pré fabricados podem-se incluir os sistemas em forma de varões e os que

apresentam a forma de laminado. Os varões de CFRP desempenham um papel semelhante

aos varões de aço, tendo a vantagem de serem resistentes à corrosão, pelo que a sua

utilização, apesar de ainda ser reduzida, tem vindo a crescer nos últimos anos. No que toca

aos laminados de CFRP, a sua aplicação já foi mencionada, pelo que é importante mencionar

que ambos estes sistemas pré-fabricados possuem as suas fibras no sentido longitudinal ao

elemento, tirando o maior partido da sua resistência à tracção.

Nos sistemas curados in situ, a matriz e as fibras são fornecidas em separado e o processo de

fabrico do compósito de CFRP é efectuado na zona a reforçar. Com a resina de saturação

efectua-se a impregnação plena das fibras e a ligação ao substrato de betão. Os sistemas

curados in situ são classificados em termos da direcção que as fibras apresentam. Estes são

considerados como mantas se as suas fibras estiverem dispostas unidireccionalmente, e como

tecidos, caso as fibras se encontrem dispostas em várias direcções. Ao contrário dos varões e

dos laminados, as mantas e os tecidos são materiais flexíveis, sendo assim apropriados para

aplicações em superfícies curvas [40].

Uma das características mais relevantes dos compósitos de CFRP consiste no facto de estes

se comportarem de um modo elástico linear, pelo que não possuem uma tensão de cedência,

mas apenas uma tensão de rotura. Este facto faz com que em muitos casos não se tire um

maior partido da capacidade de resistência dos CFRP devido à diferença de comportamentos

entre o aço do betão armado e o CFRP. No caso dos laminados de CFRP, a aplicação de pré-

esforço sobre os mesmos permite uma maior eficiência por parte dos laminados, embora

implique um acréscimo ao nível da complexidade e dos custos associados à operação [41].

2.3.2 Processo de fabrico de laminados de CFRP

Como foi referido, os laminados de CFRP são pré-fabricados, pelo que o seu fabrico é de

carácter industrial, sendo, após a cura, enviados para a obra, onde é feita a sua instalação. O

método de fabrico que é geralmente utilizado para este caso e para outros perfis de CFRP

denomina-se de pultrusão.

A pultrusão assenta basicamente na acção de puxar as fibras de carbono através de várias

etapas, semelhante a uma linha de montagem, onde o produto final se encontra pronto para

aplicação em obra. Existem diferentes máquinas que cumprem este propósito, sendo que em

muitos casos esta máquina de pultrusão é desenhada e construída pelo próprio fabricante dos

materiais. Apesar deste facto, existem uma série de acções comuns executadas em todas as

máquinas e que são características das operações de pultrusão.

Estado da arte

38

O inicio do procedimento da pultrusão dá-se no puxe das fibras de carbono, provenientes de

diversos rolos, colocados em suportes numa das extremidades da máquina. As fibras são

então levadas até um “banho” de resinas onde se dá a impregnação das fibras. Este banho,

onde também estão presentes os agentes de reacção das resinas, é constantemente

reabastecido e tem normalmente a superfície livre de forma a estar exposto à ventilação. Após

este passo, as fibras, cobertas de resina, são encaminhadas até molde de cura das resinas

que funciona igualmente como forma para o produto apresentar a forma desejada. Este

processo de cura é feito através do aquecimento das superfícies do molde com recurso a

resistências eléctricas ou óleo de aquecimento. A temperatura de aquecimento utilizada não é

constante, pelo que é normal a separação em diferentes zonas de aquecimento com diferentes

temperaturas, para uma melhor cura das resinas. Previamente à entrada das fibras no molde é

normalmente feito um arrefecimento do material para que não se verifique uma cura prematura

das resinas. Para a superfície dos produto final ser suficientemente lisa, é introduzido um véu

de protecção, normalmente à base de polyester. De notar que o encaminhamento das fibras ao

longo destes passos é feito para que as fibras ocupem posições especificas no produto final.

Após a saída do material pelo molde de cura, este atravessa o mecanismo de puxe e dirige-se

à zona final onde é cortado com uma lâmina diamantada, de forma a que este possua o

comprimento desejado. A espessura transversal dos elementos criados por pultrusão pode não

ser totalmente constante, embora seja necessário garantir a continuidade longitudinal da

espessura. Na Figura 2.27 apresenta-se um exemplo de uma máquina de pultrusão, com a

descrição dos seus componentes [39]. Apesar de os laminados serem semi-rígidos, a sua

espessura reduzida transmite-lhes uma flexibilidade que permite que estes sejam guardados,

armazenados e transportados para a obra em rolos.

Figura 2.27 - Representação de um processo de pultrusão [39]



39

2.3.3 Processo executivo do reforço de laminados de CFRP

Uma das principais vantagens da utilização de laminados de CFRP para reforço estrutural

consiste na rapidez e simplicidade verificadas na operação de reforço. Como as fibras dos

laminados se encontram dispostas unidireccionalmente, esta técnica de reforço assenta na

colagem dos laminados à superfície do elemento na direcção longitudinal, de modo a que as

fibras do laminado se encontrem o mais paralelamente possível às forças de tracção.

Esta técnica de reforço inicia-se com a preparação da superfície do betão para a colagem dos

laminados. No entanto, e com principal relevância para este trabalho, deve ser feita uma

observação prévia das condições do elemento a reforçar e efectuar as reparações que se

considerarem necessárias. De forma a que exista uma maior aderência entre a resina de

colagem e a superfície do betão procura-se aumentar a rugosidade do substrato, com recurso

a jactos de areia e água (Figura 2.28) ou com um martelo de agulhas. Esta acção assenta na

extracção da camada superficial do betão, pelo que é recomendado que a profundidade

utilizada seja tal que deixe expostos alguns agregados grossos do betão e a sua área de

aplicação deve ter, no mínimo, as dimensões do laminado que irá ser colocado. Completada

esta fase, deve ser feita a limpeza do substrato, preferencialmente com ar comprimido, para

retirar possíveis poeiras resultantes da operação anterior.

Figura 2.28 - Preparação da superfície com um jacto de areia e água [17]

No que toca à aplicação do laminado, existe ainda a opção de aplicar um primário no substrato

para melhorar a aderência e resistência superficial do betão. É feita uma limpeza da superfície

do laminado com recurso a solventes como, por exemplo, acetona. A aplicação da resina de

colagem é feita tanto no substrato como no laminado, sendo que no substrato aplica-se apenas

uma pequena camada de regularização e no laminado é que é feito o controlo da espessura da

resina. A espessura final da resina deve ser suficiente para garantir uma boa aderência entre o

laminado e o betão, mas não deve ultrapassar o valor de aproximadamente 5 mm, pois a alta

deformabilidade da resina pode por em causa a eficácia do sistema de reforço. Tal como foi

mencionado para os materiais de injecção, as indicações do fabricante relativamente às

dosagens e mistura dos componentes da resina devem ser obedecidas, tendo também atenção

Estado da arte

40

ao pot-life da mesma. A aplicação do laminado é feita com uma pressão reduzida sobre o

mesmo, como é visível na Figura 2.29, de modo a não reduzir em demasia a espessura da

resina, mas com a atenção de minimizar a existência de vazios ou bolhas de ar entre o adesivo

e o laminado [2, 40].

Figura 2.29 - Aplicação dos laminados [42]

2.3.4 Dimensionamento de laminados de CFRP

A caracterização das tensões existentes num elemento reforçado com elementos de CFRP é

de relativa complexidade devido, principalmente, à interacção dos diferentes comportamentos

mecânicos dos materiais envolvidos. Assim sendo, o recurso a resultados experimentais tem

vindo a ser essencial para efectuar um correcto dimensionamento dos laminados de CFRP de

tal forma que o elemento reforçado mantenha a sua integridade quando é sujeito ao esforço

para qual o reforço foi dimensionado.

Modos de rotura

Quando o elemento reforçado, seja este uma laje ou uma viga, atinge a rotura, é preferível que

esta se verifique por compressão do betão, precedida pela cedência das armaduras. No

entanto, observa-se que, na maioria dos casos, a rotura deste elemento acontece devido a

falhas na ligação entre o betão e o laminado. Estas falhas na ligação podem-se dar em

diferentes níveis:

Arrancamento do betão perto da superfície – Caso mais comum na perda da ligação,

pelo que esta se dá em camadas mais frágeis do betão, como na zona de ligação às

armaduras;

Rotura do adesivo – Pouco usual na medida em que a resina possui uma resistência

mecânica superior à do betão. Pode ocorrer, caso se verifique uma quebra da

resistência mecânica da resina devido a temperaturas elevadas;



41

Falha na ligação do adesivo ao betão ou ao laminado – Como a tensão máxima de

tracção da resina é inferior à tensão máxima de aderência da mesma, este fenómeno

tende a verificar-se quando existem falhas na preparação da superfície do betão ou do

laminado.

Rotura do laminado – Este modo de rotura pode ocorrer se for utilizado um betão de

elevada resistência e é, de certa forma, aceitável, pois indica que foi tirado um grande

partido das características resistentes do reforço [43].

Sendo o betão o elo mais fraco da ligação de reforço, ilustram-se na Figura 2.30 os diferentes

tipos de rotura das ligações associados à superfície do betão [17]:

Arrancamento do betão na zona

de ancoragem

Arrancamento devido a fendas de

corte

Arrancamento nas fendas de

flexão

Rotura por corte na extremidade

do reforço

Arrancamento devido a

imperfeições no suporte

Figura 2.30 - Tipos de rotura da ligação do laminado [17]

Estado da arte

42

Abordagens de dimensionamento

Existem actualmente alguns documentos de apoio ao dimensionamento de laminados de

CFRP, de onde se destacam os seguintes:

Bulletin 14 de The International Federation for Structural Concrete;

ACI-440.2R-08 de American Concrete Institute;

Technical report 55 de The Concrete Society;

Design Manual No. 4 de ISIS Canada (Intelligent Sensing for Innovative Structures).

Neste ponto do trabalho serão apresentados vários aspectos a ter em conta no

dimensionamento de laminados de CFRP para reforço de vigas de betão armado, tendo como

base o documento Bulletin 14 de International Federation for Structural Concrete, também

conhecido como Fib 14.

Considerando a rotura do elemento através da compressão do betão após a cedência das

armaduras, o cálculo do momento resistente após o reforço, pode ser efectuado, determinando,

em primeiro lugar, a posição da linha neutra, através da seguinte expressão,

(2.3-1)

onde , corresponde ao valor de cálculo da tensão de cedência do aço,

corresponde ao valor de cálculo da tensão máxima de compressão no betão, corresponde

ao módulo de elasticidade do laminado e as restantes variáveis se podem observar na Figura

2.31, sendo que,

(2.3-2)

(2.3-3)

O valor de cálculo do momento resistente da secção, , é determinado da seguinte forma,

(2.3-4)

onde . Para que se verifique a rotura do elemento por compressão do betão, é

necessário que as seguintes condições sejam respeitadas:

(2.3-5)

(2.3-6)



43

Figura 2.31 - Análise da secção transversal de uma viga para o estado limite último de flexão: (a) geometria, (b) distribuição de extensões e (c) distribuição de tensões [43]

Caso a condição (2.3-6) não seja respeitada e se antes se verificar uma rotura do laminado,

então o método de determinação do valor de cálculo do momento resistente da secção é

análogo ao apresentado anteriormente, devendo-se considerar, no entanto, a alteração de

para , de para , passando e a ser determinados da seguinte forma:

(2.3-7)

(2.3-8)

Outro aspecto importante consiste nos factores de segurança utilizados na redução das

características mecânicas do CFRP. O Fib Bulletin 14 recomenda a divisão do valor

característico da tensão máxima do CFRP, , por

, para determinação do valor de

cálculo da tensão máxima do CFRP, . Já o ACI 440 recomenda a multiplicação do mesmo

por um coeficiente, que se encontra dependente das condições de aplicação, cujos valores

se podem observar na Tabela 2.10.

Condições de exposição Valor de

Exposição interior 0,95

Exposição exterior 0,85

Ambientes agressivos 0,85

Tabela 2.10 - Valores do factor de segurança [44]

Segundo o ACI 440, o valor final do momento resistente deve ser ainda multiplicado por um

factor = 0,8 para consideração do momento de resistência nominal.

Estado da arte

44

Como já foi referido, verifica-se que na maioria dos casos existe uma perda da integridade da

ligação entre o betão e o laminado, antes de se atingir a rotura do elemento. Devido à

complexidade da distribuição de tensões existentes neste sistema de reforço e os diferentes

tipos de rotura que a ligação pode exibir, não existe um método universal de cálculo que

permita garantir a não ocorrência da rotura precoce. Existem, no entanto, algumas tentativas

de compreender os esforços actuantes para cada um dos tipos de rotura mencionados, através

de ensaios experimentais, que permitiram formular algumas verificações para cada tipo de

rotura. Relativamente às roturas precoces provocadas pelo esforço transverso, ou seja, o

arrancamento devido a fendas de corte e a rotura por corte na extremidade do reforço, as

formulações existentes baseiam-se na redução da capacidade resistente do elemento a

esforços transversos, mas a sua aplicabilidade ainda não se encontra totalmente comprovada.

No que toca ao arrancamento devido a imperfeições no suporte, este apenas pode ser evitado

com um maior cuidado nos processos executivos, ou com a reparação destas imperfeições.

Para o arrancamento na zona de ancoragem devido às fendas de flexão existem verificações

que são recomendadas, pelo que podem-se considerar três abordagens distintas para esta

problemática:

Abordagem 1 – Verificação na zona de ancoragem e limitação da extensão do CFRP

As verificações utilizadas nesta abordagem são de relativa simplicidade, pelo que esta

abordagem é muitas vezes utilizada. A verificação na zona da ancoragem é feita a dois níveis.

O primeiro assenta na limitação da força de tracção existente no laminado na zona de

ancoragem. Este valor limite, , pode ser determinado da seguinte forma,

(2.3-9)

em que representa um coeficiente de monolitismo, assumido o valor 1 para um monolitismo

perfeito, corresponde a um valor representativo do estado de compactação do betão,

assumindo valores perto da unidade para condições normais, e é um factor geométrico que

relaciona a largura da base da viga com a largura do laminado, através da seguinte expressão:

(2.3-10)

A segunda parte da verificação na zona de ancoragem é feita através da determinação de um

comprimento de amarração máximo. Este comprimento de amarração é o que garante o maior

nível de resistência à ligação na zona de ancoragem, sendo que valores superiores de

comprimento deixam de contribuir para esta resistência. O comprimento de amarração, b,máx, é

então dado pela seguinte expressão:



45

(2.3-11)

Para as restantes zonas do elemento fora da zona de ancoragem, a verificação da integridade

da ligação é feita com recurso à limitação da extensão do laminado. Existem alguns

documentos que abordam este assunto e que recomendam diferentes valores para a limitação

da extensão dos laminados, apresentando-se de seguida:

Fib Bulletin 14 [43]:

ACI 440 2R-08 [44]:

S&P, 2008 [45]:

Technical Report 55 [46]:

De notar que apenas o ACI 440 é que considera explicitamente a espessura do laminado e o

seu módulo de elasticidade na determinação do valor limite da extensão do mesmo. De facto,

a falha na consideração de determinadas características e factores do sistema de reforço é

apontado como um dos defeitos principais nesta abordagem. Outra das lacunas nesta

abordagem assenta no facto de a tensão de rotura do laminado estar também dependente da

relação momento-esforço transverso, da extensão das armaduras e da distribuição de fendas.

Abordagem 2 – Verificação de acordo com o desenvolvimento dos esforços de tracção

Nesta abordagem o fenómeno do arrancamento do laminado é tratado de forma igual tanto na

zona de ancoragem com nas restantes zonas do elemento. Este método é possivelmente o que

melhor caracteriza a distribuição de esforços existente, considerando o efeito da fendilhação no

betão na transferência de esforços entre o betão e o laminado. São três os passos principais a

realizar neste método:

o Determinação do espaçamento entre fendas mais desfavorável;

o Determinação das forças de tracção existentes entre duas fendas

subsequentes;

o Determinação do acréscimo máximo de tensões de tracção na ligação.

A principal desvantagem desta abordagem assenta no facto de esta ser de uma complexidade

considerável, que torna difícil a sua aplicação.

Estado da arte

46

Abordagem 3 – Verificação na zona de ancoragem e da transferência de forças no

interface CFRP/betão

O método de verificação da segurança da ligação para esta abordagem assume também a

separação em zona de ancoragem e restantes zonas. Para a zona de ancoragem a verificação

feita é a mesma que é aplicada na Abordagem 1.

Para as restantes zonas do elemento é feita uma restrição das tensões de corte presentes no

interface laminado/betão, de modo a que estas não ultrapassem a resistência à tracção do

betão, local onde se verificou que a rotura é mais provável. A verificação para esta zona é feita

através das seguintes expressões,

(2.3-12)

(2.3-13)

onde corresponde ao esforço transverso aplicado no elemento e pode ser assim

determinado:

(2.3-14)

Antes da utilização das fórmulas (2.3-12) e (2.3-13) é necessário delimitar as zonas onde a

armadura longitudinal se encontra em cedência de forma a contabilizar a contribuição da

mesma para a resistência ao esforço transverso. Esta abordagem tem um nível de utilização

elevado devido à sua simplicidade, embora seja mais precisa, comparativamente com a

Abordagem 1 [43].

Existe uma proposta de verificação da integridade da ligação sugerida por Appleton e Costa

[17] que consiste numa simbiose das abordagens 1 e 3, efectuando-se a verificação comum a

ambas na zona de ancoragem e realizando, para as restantes zonas, tanto a restrição da

extensão do laminado, ao valor máximo de 0,65%, como das tensões de corte no interface

laminado/betão.

Fendilhação do betão após reforço

Tal como no dimensionamento de estruturas novas, é necessário determinar certos aspectos

como flechas e abertura de fendas para os estados limite de serviço. Neste caso, e com

especial interesse para este trabalho, apresenta-se os modo de determinação da abertura de

fendas tendo em conta a adição do sistema de reforço. O cálculo da abertura de fendas

assume o mesmo princípio da expressão (2.2-1), obtendo o produto do espaçamento entre



47

fendas com a extensão média relativa entre o betão e as armaduras, sendo que neste caso é

necessário fazer alterações na determinação de ambos estes factores de modo a

contemplarem a presença dos laminados de CFRP. A extensão média relativa entre o betão e

as armaduras é substituída pela extensão ao nível das armaduras de tracção, , que se

calcula da seguinte forma,

(2.3-15)

onde ou , sendo o braço entre os conjuntos de forças e

. Relativamente ao espaçamento entre fendas, é utilizado o seu valor médio,

determinado através da seguinte expressão,

(2.3-16)

sendo e , que correspondem aos valores médios das tensões de

aderência das armaduras e do laminado, respectivamente. Já e correspondem ao

perímetro de ligação das armaduras e do laminado, respectivamente, e

representa um

parâmetro de ligação que pode ser calculado através da seguinte expressão,

(2.3-17)

onde

corresponde ao diâmetro médio das armaduras. Assim sendo, e assumindo que a

deformação inicial do betão, , é nula, a fórmula de cálculo da abertura de fendas adopta a

seguinte forma:

(2.3-18)

Com base nesta expressão, é possível determinar a largura mínima do laminado que faça com

que uma determinada abertura de fendas não seja ultrapassada, apresentando-se de seguida

uma expressão para uma abertura de fendas de 0,3 mm [40]:

(2.3-19)

Estado da arte

48



49

3 Programa experimental

3.1 Objectivos

O programa experimental realizado tem como intuito o estudo do efeito da reparação, por

injecção de resinas nas fendas, no comportamento de vigas reforçadas com laminados de

CFRP. Dada a ausência de estudos e resultados concretos neste âmbito, a campanha

experimental centra-se na rotura por flexão de vigas de betão armado que tenham sido

fendilhadas, reparadas e posteriormente reforçadas e vigas apenas fendilhadas e reforçadas.

Assim sendo, pretende-se retirar destes ensaios resultados que permitam tirar conclusões

acerca da possibilidade de optimização deste processo de reforço.

3.2 Plano de ensaios

Como foi mencionado, os objectos de análise desta campanha experimental consistem em

vigas de betão armado que foram sujeitas à fendilhação por flexão. No total, foram ensaiadas

seis vigas de betão armado, tendo estas vigas sido sujeitas a tratamentos distintos e que se

descrevem de seguida:

Duas vigas padrão, para caracterização do desempenho das mesmas sem qualquer

tratamento – vigas V1 e V2;

Duas vigas sujeitas a um carregamento de fendilhação e apenas reforçadas através

da colagem de laminados de CFRP – vigas V3 e V4.

Duas vigas sujeitas a um carregamento de fendilhação, posteriormente reparadas com

injecção de resinas nas fendas e finalmente reforçadas através da colagem de

laminados de CFRP – vigas V5 e V6;

De modo a que estas vigas fossem submetidas às condições indicadas delineou-se um

conjunto de etapas na campanha experimental que foram executadas pela seguinte ordem:

1. Ensaio à rotura por flexão das vigas V1 e V2;

2. Aplicação de carga nas vigas V3 a V6 para fendilhação;

3. Reparação das vigas V5 e V6 com injecção de resinas (em carga);

4. Descarga e colagem dos laminados de CFRP nas vigas V3 a V6;

5. Ensaio à rotura por flexão das vigas V3 a V6;

Apesar de ser de certa forma possível determinar analiticamente o comportamento do betão

armado, nomeadamente ao nível das cargas de cedência das armaduras, cargas de rotura,

flechas ou aberturas de fendas, os resultados obtidos experimentalmente nem sempre

Programa experimental

50

correspondem às previsões. Não só com este facto em mente, mas também para se avaliar

com mais rigor o comportamento real das vigas, optou-se por ensaiar inicialmente duas vigas

padrão à rotura por flexão. Com base nos resultados observados nas vigas padrão,

determinou-se um patamar de carregamento, utilizado nas restantes vigas, que provocaria uma

abertura de fendas que justificasse a necessidade de injecção de resinas. Relativamente à

aplicação do reforço por colagem dos laminados de CFRP, esta operação estaria mais perto de

uma situação real caso esta tivesse ocorrido com a viga sujeita a carregamento. No entanto, tal

procedimento acarretaria gastos consideravelmente superiores em termos temporais e de mão-

de-obra. Encontrando-se, por fim, as restantes quatro vigas reforçadas, procedeu-se ao ensaio

final das mesmas até à rotura.

De carácter complementar e para controlo dos materiais utilizados, foram fabricados provetes

de betão e de aço, utilizados no fabrico das vigas, para determinação da resistência mecânica

destes materiais. Para tal, foram realizados os seguintes ensaios:

Cubos de betão - Resistência à compressão;

Cilindros de betão – Resistência à tracção por compressão diametral;

Varões de aço – Resistência à tracção.

3.3 Materiais e equipamento

As vigas ensaiadas são constituídas por betão da classe C20/25 e por armaduras da classe

A500 NR. O comprimento total das vigas é de 3,30 metros, sendo observável a geometria da

secção transversal e a disposição das armaduras no seu interior nas Figuras 3.1 e 3.2.

Relativamente ao recobrimento utilizado, este assumiu o valor de 2,0 cm, excepto na superfície

superior onde o recobrimento é de aproximadamente 4,0 cm.

Figura 3.1 - Geometria da secção transversal das vigas

Figura 3.2 - Pormenorização das armaduras



51

Como em várias construções de betão armado, utilizou-se madeira para cofragens, sendo

estas visíveis na Figura 3.3. Já na Figura 3.4 observa-se a viga, após o período de cura, pronta

a ser ensaiada.

Figura 3.3 - Cofragens com as armaduras das vigas

Figura 3.4 – Viga de betão armado pronta para ensaio

Para os provetes de betão, os cubos apresentam uma aresta de 15 centímetros e os cilindros

possuem uma base de 15 centímetros de diâmetro e 30 centímetros de altura.

No processo de injecção de resinas, aplicou-se a resina epóxida Sikadur®-52 Injection da

marca SIKA, que consiste numa resina de alta resistência e baixa viscosidade de dois

componentes, desenvolvida para o preenchimento de fissuras em betão, argamassa, pedra,

aço e madeira. No entanto, é no betão que esta resina possui uma maior eficácia na

recuperação do monolitismo do elemento fendilhado. Na Tabela 3.1 apresentam-se as

principais características físicas e mecânicas desta resina, sendo visível nas Figuras 3.5 e 3.6

as embalagens de ambos os componentes da resina para mistura.

Tabela 3.1 - Propriedades físicas e mecânicas da resina aplicada na injecção [47]

Sikadur®-52 Injection

Massa volúmica 1,1 g/cm3

Viscosidade

1200 mPa.s para +30ºC



Coeficiente de dilatação térmica 8,9 x 10-6

m/m/ºC

Resistência à compressão 52 MPa (após 7 dias a 23ºC)

Resistência à tracção 37 MPa (após 7 dias a 23ºC)

Tensão de aderência > 4 MPa (ruptura no betão)

Módulo de elasticidade 1,8 GPa (após 7 dias a 23ºC)

Pot-life

10 minutos para +30ºC




52

Para o preenchimento dos orifícios resultantes da operação de injecção, foi aplicada uma

argamassa Emaco S88 tixotrópica da marca BASF, visível na Figura 3.7. Esta é uma

argamassa à base de cimento, que apresenta uma boa compatibilidade com o betão e possui

aditivos especiais e fibras sintéticas de poliacrilonitrilo.

Figura 3.7 - Argamassa Emaco S88

Os materiais utilizados no sistema de reforço de CFRP pertencem à marca S&P, sendo que se

utilizou no total cerca de 10 metros de laminado S&P Laminates CFK 150/2000 com a secção

transversal de dimensões 80 x 1,4 mm2, sendo que o rolo de laminado fornecido apresenta-se

na Figura 3.8. Segundo o fabricante, o laminado apresenta as características mencionadas na

Tabela 3.2.

Tabela 3.2 - Propriedades físicas e mecânicas do laminado de CFRP [48]

S&P Laminates CFK 150/2000 – 80 / 1,4

Área de secção 112 mm2

Módulo de elasticidade (médio) 165 GPa

Força / Tensão de tracção para extensão de 0,6% 112,0 kN / 1000 MPa

Força / Tensão de tracção para extensão de 0,8% 145,6 kN / 1300 MPa

Figura 3.5 – Embalagem do componente A de Sikadur

®-52 Injection

Figura 3.6 – Embalagem do componente B de Sikadur

®-52 Injection



53

Para a colagem estrutural dos laminados foi utilizada a resina S&P Resin 220 epoxy adhesive,

ou seja, uma resina epóxida desenvolvida para colagem de laminados de CFRP, também

distribuída em dois componentes para mistura, como é visível na Figura 3.9. Esta resina pode

ser utilizada para colagem dos laminados em betão ou em aço e possui as vantagens de ser

tixotrópica, logo não escorre ou goteja, e possui uma retracção muito reduzida após a cura. As

propriedades desta resina podem ser observadas na Tabela 3.3.

De notar que as fichas técnicas dos vários materiais referidos (Sikadur®-52 Injection, Emaco

S88, S&P Laminates CFK e S&P Resin 220) podem ser observadas nos Anexos, onde é feita

uma descrição mais detalhada das suas características e métodos de aplicação.

Figura 3.8 - Rolo de laminado de CFRP Figura 3.9 - Embalagem da resina de colagem

Tabela 3.3 - Propriedades da resina de colagem dos laminados [49]

No que toca ao equipamento utilizado nas operações mencionadas anteriormente, há que dar

destaque à bomba e injectores utilizados na operação de injecção das resinas. No que toca à

bomba usada, esta era monocomponente e a pressão era originada por acção manual, como

se pode ver na Figura 3.10. Relativamente aos injectores, estes eram de fixação mecânica, do

tipo MPS, com um comprimento de 115 mm e um diâmetro de 13 mm (Figura 3.11).

Nas operações de betonagem, reparação e reforço foram também utilizados outros

equipamentos e ferramentas que, por possuírem uma menor relevância para este trabalho,

serão apenas mencionadas no procedimento experimental dos ensaios.

S&P Resin 220

Massa volúmica 1,75 g/cm3

Resistência à tracção > 30 MPa

Resistência à compressão > 90 MPa

Tensão máxima de aderência > 3 MPa (na colagem ao betão e aos laminados)

Pot life > 60 minutos para +20ºC


54

Figura 3.10 - Bomba manual monocomponente de injecção

Figura 3.11 - Injector de fixação mecânica

Durante os ensaios às vigas de betão armado foi utilizado uma série de equipamentos, tanto

para carregamento como para aquisição de dados. É preciso referir que para as diferentes

fases dos ensaios foi, por vezes, necessário utilizar equipamentos diferentes para a mesma

função, consoante a disponibilidade dos mesmos.

A aquisição das diferentes leituras efectuadas durante o carregamento foi feita com recurso ao

aparelho UPM 100, da marca HBM, nos ensaios às vigas padrão, e com o aparelho Spider8, do

mesmo fabricante, para os restantes ensaios.

O carregamento das vigas foi realizado com um macaco hidráulico Enerpac (Figura 3.12) com

capacidade de carga de 30 toneladas, que se encontrava ligado a uma unidade de pressão da

marca Walter & Bai AG. (Figura 3.13). A leitura da carga aplicada nas vigas foi levada a cabo

por uma célula de carga Novatech (aparelho vermelho da Figura 3.12) com uma capacidade de

40 toneladas.

Em cada ensaio foram utilizados 3 deflectómetros eléctricos para medição da deformação da

viga em diferentes pontos, sendo que, no total, foram utilizados 8 deflectómetros diferentes

devido a razões já mencionadas. Contam-se neste conjunto, 3 deflectómetros TML 25, 1

deflectómetro TML 50 (Figura 3.14), 1 deflectómetro TML 100, 2 deflectómetros HS-50 e um

deflectómetro HS-100. Os diferentes equipamentos utilizados são enumerados na Tabela 3.4.

Tabela 3.4 - Características dos equipamentos de medição

Equipamento Modelo Nº Série Sensibilidade Capacidade

Célula de carga Novatech F203 14328 0,916 mV/V 400 kN

Deflectómetros

TML CDP 25 521287; 521289; 521290 6,25 mV/V 25 mm

TML CDP 50 511662 5 mV/V 50 mm

TML CDP 100 561656 5 mV/V 100 mm

APEC HS-50 5495; 5521 3,7 mV/V 50 mm

APEC HS-100 2454 5,136 mV/V 100 mm

Extensómetros TML FLK 6-11 - (Gauge factor: 2.12) -



55

Figura 3.12 - Macaco hidráulico e célula de carga

Figura 3.13 – Unidade de pressão

Figura 3.14 - Deflectómetro TML 50

Por fim, decidiu-se obter medições da extensão das armaduras, através da colocação de

extensómetros nas armaduras longitudinais previamente à operação de betonagem das vigas.

Foram utilizados 4 extensómetros por viga, colocados a meio-vão. A disposição destes

extensómetros pode ser observada nas Figuras 3.15 e 3.16.

Figura 3.15 - Disposição dos extensómetros nas vigas

Figura 3.16 - Colocação e ligação dos extensómetros às armaduras longitudinais

3.4 Esquema de ensaio

Como já foi referido, as vigas foram ensaiadas à flexão, com o carregamento perpendicular ao

desenvolvimento longitudinal da viga. As condições de carregamento e de apoio utilizadas

nesta campanha experimental foram determinadas tendo em conta as dimensões das vigas e

trabalhos prévios onde se tinha ensaiado vigas de betão armado à flexão. O esquema de

ensaio pode ser observado na Figura 3.17.


56

Figura 3.17 - Esquema de ensaio das vigas

Como é possível observar, o carregamento foi feito através de duas cargas pontuais com um

metro de distanciamento entre si. As condições de apoio consistiram num apoio fixo e num

apoio móvel. Relativamente à medição da deformação da viga ao longo do carregamento,

determinou-se que, esta seria feita em três pontos diferentes: a meio vão e nos pontos de

carregamento da viga. Na Figura 3.18 é possível ter uma visão geral do esquema de ensaio.

Figura 3.18 - Aspecto real do esquema de ensaio

De notar, nesta figura, a utilização de uma viga metálica de distribuição. Este facto permitiu a

utilização de apenas um macaco hidráulico, mantendo a aplicação de duas cargas pontuais. A

transmissão de força do macaco para a viga de distribuição foi feita através duma rótula



57

esférica, de apoio fixo, e, da viga de distribuição para a viga de betão armado, com recurso a

rótulas cilíndricas, também de apoio fixo, colocadas nos pontos de carregamento. Em relação à

fixação do macaco hidráulico, este encontrava-se ligado a um pórtico metálico, ancorado à laje

do laboratório com varões pré-esforçados.

3.5 Procedimento experimental

A campanha experimental seguiu uma série de etapas que foram descritas no plano de

ensaios. No entanto, neste ponto do trabalho pretende-se efectuar uma descrição mais

detalhada destas etapas e das diferentes acções efectuadas durante esta campanha.

3.5.1 Fabrico das vigas

O inicio desta campanha experimental deu-se com o fabrico das vigas de betão armado. Não

existindo qualquer particularidade de relevo na constituição destas vigas, o seu fabrico foi

efectuado de forma semelhante aos elementos de betão armado comuns.

Assim sendo, começou-se por montar as cofragens de madeira (Figura 3.19) e por criar o

“esqueleto” das vigas através do corte, dobragem e ligação entre os varões de aço (Figura

3.20), de modo a que estes apresentassem a disposição indicada anteriormente. De notar na

Figura 3.21 que foi aplicado um sistema de escoramento com barrotes de madeira para evitar

possíveis deformações na cofragem e evitar possíveis inclinações ou tombos das cofragens,

visto tratarem-se de vigas em ”T”. Antes da colocação das armaduras dentro da cofragem,

foram colados e identificados os extensómetros, de acordo com o mencionado anteriormente, e

aplicados os espaçadores nas armaduras para cumprimento do recobrimento exigido (Figura

3.22). Nos extensómetros, houve o cuidado de os seus fios se encaminharem junto às

armaduras e saírem da viga num ponto comum, e ainda a colocação da parte que ficaria

exterior à viga, num saco de plástico para protecção durante a betonagem.

Figura 3.19 - Montagem das cofragens Figura 3.20 - Montagem das armaduras


58

Encontrando-se as cofragens totalmente preparadas, procedeu-se à betonagem. O betão

utilizado foi transportado em estado húmido para o LERM (Laboratório de Estruturas e

Resistência de Materiais), por um camião cisterna, tendo sido directamente aplicado nas

cofragens, ou com o auxílio de um balde, para zonas mais afastadas. Como é norma, para o

correcto funcionamento estrutural do betão, foi utilizado um vibrador, de modo a compactar o

betão à medida que este ia sendo colocado nas cofragens, como é visível na Figura 3.23.

Figura 3.21 - Aspecto final das cofragens com as armaduras no seu interior

Figura 3.22 - Espaçadores

Encontrando-se a colocação e vibração do betão nas cofragens concluída, foi utilizado um

barrote de madeira sobre a superfície para eliminar o excesso de betão (Figura 3.24) e,

posteriormente, uma talocha para regularizar a superfície do mesmo (Figura 3.25). Durante

esta operação, foram também criados os provetes de betão que sofreram o mesmo tratamento

(Figura 3.26).

Figura 3.23 - Colocação e vibração do betão Figura 3.24 - Eliminação de excessos de betão

Durante a primeira semana após a betonagem, de forma a realizar a cura, o betão foi sendo

regado com água, pelo menos uma vez por dia, de forma a minimizar o efeito da retracção no

betão, sendo coberto por uma capa de plástico. Aproximadamente uma semana depois da

betonagem, realizou-se a descofragem das vigas.



59

Figura 3.25 - Regularização da superfície do betão

Figura 3.26 - Fabrico dos provetes de betão

Ao contrário das vigas que foram armazenadas no interior do LERM, sem protecção especial,

os provetes de betão foram descofrados passadas 24 horas da betonagem dos mesmos e

levados para uma câmara húmida, sendo apenas retirados no momento de realização de

ensaios, de acordo com o especificado na norma EN 12390-2 [50].

3.5.2 Ensaios experimentais

Os diversos ensaios e carregamentos efectuados sobre as vigas foram na sua essência

bastante semelhantes, na medida em que foi sempre seguido o esquema de ensaios referido.

A diferença entre ensaios assentou no plano de carregamento em curso, nomeadamente na

fase de fendilhação onde a viga não foi levada até à rotura, mas sim até um valor de carga,

igual para todas as vigas, que provocasse uma certa abertura de fendas.

Após a colocação das vigas na estrutura de carregamento, foi necessário estabelecer as

ligações necessárias para obter os dados durante o carregamento. Durante os ensaios

encontravam-se ligados ao aparelho de aquisição de dados, um total de 8 canais nos quais

eram registadas as devidas medições, que se enumeram de seguida:

Carga aplicada - célula de carga;

Deformação da viga – deflectómetros a meio-vão e nos pontos de carregamento;

Extensão das armaduras – quatro extensómetros dispostos de forma indicada.

Um dos pormenores da ligação dos extensómetros ao aparelho de aquisição de dados consiste

no facto de estes terem sido ligados em meia ponte, tendo sido necessário utilizar

extensómetros passivos, de modo a obter uma medição correcta dos valores das extensões.

Na Figura 3.27 é possível observar estes extensómetros “passivos” juntamente com as

restantes ligações efectuadas ao aparelho de aquisição de dados.

As medições, mencionadas até aqui, foram todas registadas electronicamente. No entanto, foi

feita outra medição com base na observação visual, nomeadamente, a medição da abertura de


60

fendas ao longo do carregamento. No planeamento do carregamento foi estabelecida uma

série de patamares de carga, nos quais se procedeu à marcação do desenvolvimento das

fendas e à medição da sua abertura, com recurso a um medidor óptico (Figura 3.28). Após o

aparecimento das primeiras fendas, determinou-se um local para medição da abertura das

fendas, na superfície lateral da viga, geralmente em zonas mais inferiores da viga e na fenda

mais perto do meio-vão, onde se esperava que a abertura de fendas fosse máxima.

3.5.3 Reparação por injecção de resinas

De modo a ser possível realizar correctamente a injecção de resinas, é necessário que as

fendas apresentem uma abertura considerada suficiente. Assim, foi essencial efectuar o

carregamento das vigas que provocasse tal abertura de fendas. Tendo em conta as medições

efectuadas nas vigas padrão e as características da resina utilizada, determinou-se que iria ser

feito um carregamento no qual fosse possível verificar-se fendas com uma abertura

aproximadamente igual a 0,3 mm.

Encontrando-se o carregamento estabilizado no valor designado, efectuou-se uma verificação

e marcação das fendas que apresentavam uma maior abertura e aparentemente poderiam ser

injectadas.

Nesta operação foram utilizados injectores de fixação mecânica, pelo que o passo inicial

consistiu na execução de furos no betão, que interceptavam os planos das fendas. Estes furos

foram feitos, inicialmente, em ambas as superfícies laterais da viga, criando dois furos por

plano de fenda, sendo esta acção visível na Figura 3.29. Posteriormente, foram colocados e

apertados os injectores, como se pode verificar na Figura 3.30. De notar que a acção de

furação provocou o aparecimento de algumas novas fendas na zona circundante.

Em seguida foi realizada a mistura dos dois componentes da resina epóxida Sikadur®-52

Injection segundo as indicações do fabricante, nomeadamente, uma relação entre os

componentes A e B de 2:1. O pot-life da resina foi também tido em conta, na medida em que

Figura 3.27 - Ligações ao aparelho de aquisição de dados

Figura 3.28 - Medidor óptico ou lupa de fendas



61

foram apenas misturadas as quantidades que se consideraram suficientes para o trabalho a

realizar. O processo de mistura, visível na Figura 3.31, deu-se por concluído quando a mistura

apresentou um aspecto homogéneo.

Figura 3.29 - Criação de furos no betão com uma broca

Figura 3.30 - Colocação dos injectores nos furos

Antes da colocação da resina na bomba para injecção, procedeu-se à limpeza da bomba

através da introdução de acetona na mesma, posteriormente bombeada, até sair totalmente

pela ponta da mangueira da bomba, como se pode observar na Figura 3.32. Posteriormente, foi

então colocada a resina na bomba de injecção e a ligação da mangueira ao primeiro injector foi

apenas feita após ter-se verificado a saída de resina pela ponta da mangueira.

Figura 3.31 - Processo de mistura dos componentes da resina

Figura 3.32 - Limpeza da bomba

Procedeu-se então à injecção de resinas epóxidas nas fendas após a ligação da mangueira à

boca dos injectores. Não tendo sido efectuada qualquer selagem das fendas, devido

principalmente às características das fendas que não justificavam tal operação, o controle da

penetração da resina foi feito através da observação da saída da resina ao longo da fenda,

como se pode verificar na Figura 3.33. Aquando da injecção da primeira viga, notou-se, que a

resina estava a ter dificuldade em penetrar nas zonas mais profundas das fendas, visto não

estar a sair qualquer resina na superfície inferior das vigas. Foi então decidido realizar furos na

superfície inferior da viga para ultrapassar este problema, sendo que na injecção da segunda

viga foram também adoptados estes novos furos para injecção (Figura 3.34).


62

Figura 3.33 - Injecção da resina nas fendas Figura 3.34 - Injecção das resinas num injector na face inferior

A injecção de resinas prosseguiu da mesma forma até ter sido efectuada em todos os

injectores. Durante a realização desta operação notou-se que a resina misturada e que era aos

poucos colocada na bomba de injecção apresentava um estado avançado de polimerização

através do elevado calor libertado, indicando que o pot-life teria sido ultrapassado. Nestas

ocasiões foram realizadas novas misturas dos componentes, sendo realizada também a

limpeza imediata da bomba, com acetona, antes da colocação da nova mistura. Quando foi

dada como concluída a injecção das resinas nas fendas, procedeu-se novamente à limpeza da

bomba, pois a presença de resina no seu interior pode danificar permanentemente o

equipamento.

Relativamente à pressão de injecção aplicada, esta encontrou-se entre os 2 e 3 bar, bastante

distante do limite de pressão indicado pela expressão (2.2-11) [20] e cujo valor, para os

materiais utilizados, se apresenta de seguida,

Apesar deste facto, aquando da injecção das resinas nas fendas, verificou-se a saída de resina

por fendas não verificadas previamente à operação de reparação. Esta ocorrência pode ter

como explicação um aumento de abertura, devido à penetração das resinas, de fendas já

existentes, provocadas pela realização dos furos no betão. Como se observa na Figura 3.35, a

maioria destas novas fendas interceptava os furos realizados.

Aproximadamente 24 horas após esta operação a resina apresentava uma resistência bastante

considerável, pelo que se procedeu à extracção da parte exterior dos injectores. Concluída esta

extracção procedeu-se então à descarga da viga, após o que esta apresentava o aspecto final

ilustrado na Figura 3.36.

Inclui-se nesta operação de reparação das vigas, a fase de aplicação da argamassa, à base de

cimento, para preenchimento dos buracos resultantes dos furos para os injectores. Como se

referiu, para tal finalidade, foi utilizada a argamassa BASF Emaco S88 tixotrópica.



63

Figura 3.35 - Exemplo de formação de novas fendas

Figura 3.36 - Aspecto final da viga após a injecção e extracção dos injectores

Visto estar-se perante orifícios de pequenas dimensões, a quantidade de argamassa produzida

foi relativamente reduzida, sendo a mistura da argamassa com a água feita manualmente num

balde. Antes da aplicação da argamassa nos orifícios, os mesmos foram molhados com água,

de forma a minimizar a absorção da água da argamassa pelo betão (Figura 3.37). A argamassa

foi colocada nos orifícios com recurso a uma talocha e uma espátula. De seguida foi passada

uma esponja húmida pela superfície da argamassa para a sua regularização e eliminação de

excessos. Em certos casos, aplicou-se uma segunda camada de modo a que o orifício ficasse

devidamente preenchido, seguido da passagem com a esponja. Na Figura 3.38 observa-se o

aspecto final de uma viga após a reparação dos orifícios.

3.5.4 Reforço das vigas com laminados de CFRP

Nesta operação foi seguido o procedimento recomendado pelo fabricante, iniciando-se a acção

de reforço com a preparação da superfície do betão. Em primeiro lugar foi delimitada, na face

das vigas, a área e posição que o laminado iria ocupar, de forma a identificar a zona de

preparação da superfície, sendo esta delimitação visível na Figura 3.39. Esta preparação

Figura 3.37 - Humidificação dos orifícios Figura 3.38 - Aspecto final dos orifícios após a sua reparação com argamassa


64

consiste no aumento da rugosidade da superfície do betão para uma melhor aderência da

resina de colagem. Para tal, foi utilizado um martelo de agulhas (Figura 3.40) para a remoção

da camada superficial do betão, procurando deixar expostos os agregados.

Figura 3.39 - Delimitação da área sujeita a preparação

Figura 3.40 - Martelo de agulhas

Como os laminados de CFRP foram fornecidos na forma de um rolo com um comprimento

aproximado de 10 metros, foi necessário proceder ao seu corte, de acordo com as dimensões

desejadas, sendo utilizado uma serra eléctrica para a função em questão. De modo a melhorar

a aderência entre o laminado e a resina, a superfície do laminado foi limpa com acetona, como

se observa na Figura 3.41.

A mistura dos dois componentes, visível na Figura 3.42, foi feita com recurso a um misturador

eléctrico, sendo que se utilizou a totalidade do conteúdo das embalagens na mistura,

perfazendo uma relação entre componentes A e B de 4:1, tal como indicado pelo fabricante.

Figura 3.41 - Limpeza do laminado com acetona Figura 3.42 - Mistura dos componentes da resina

Após a conclusão da mistura da resina procedeu-se à aplicação da resina no betão e no

laminado. A espessura da resina a utilizar tem grande relevância no desempenho do laminado

como reforço estrutural, tendo em conta os valores recomendados pelo fabricante [51] foi

determinado que esta espessura deveria rondar os 3 milímetros. Assim sendo, aplicou-se a

resina no betão (Figura 3.43), para regularizar a sua superfície, com um bom espalhamento



65

para garantir que esta apresentava a mínima espessura possível. A resina aplicada no

laminado sofreu um maior controlo na medida em que foram feitas várias medições da

espessura em diversos pontos do laminado. Este controlo foi efectuado através da verificação

da profundidade de penetração de um pequeno objecto, semelhante a um prego, na resina.

Inicialmente, foi aplicada no laminado uma espessura de resina em excesso (Figura 3.44),

procedendo-se a um processo iterativo de medição da profundidade da mesma e retirada de

camadas em excesso até se atingir a espessura desejada. Existindo já uma camada de resina

no betão, o valor desejado da espessura da resina no laminado rondou os 2 milímetros.

Figura 3.43 - Aplicação de uma camada de resina no betão

Figura 3.44 - Aplicação da resina no laminado

O laminado foi colocado na viga na posição pretendida, com algum cuidado, sendo seguro

pelas suas extremidades, como se pode verificar na Figura 3.45. Aquando da aplicação do

laminado na viga, procurou-se não exercer pressão excessiva sobre o laminado, de forma a

não alterar a espessura da resina, aplicando-se apenas uma pressão ligeira para libertação de

possíveis bolhas de ar. Na Figura 3.46 observa-se o aspecto final das vigas reforçadas com os

laminados de CFRP.

Figura 3.45 - Colocação dos laminados nas vigas

Figura 3.46 - Aspecto final das vigas após reforço


66

3.6 Dimensionamento dos laminados de CFRP

Neste trabalho pretende-se realizar o reforço de vigas de betão armado através do incremento

da resistência das mesmas à flexão. O conhecimento das propriedades do elemento estrutural

a reforçar e dos materiais utilizados na operação de reforço são determinantes para o correcto

dimensionamento do reforço a aplicar.

O dimensionamento e verificação do sistema de reforço pode ser feito de maneiras distintas,

existindo exemplos de cálculo nos documentos ACI 440 2R-08 [44], em Bank [39], e no Fib 14

[43]. Tendo em conta que no ponto 2.3.4 deste trabalho o dimensionamento de laminados de

CFRP é apresentado com base nas recomendações do Fib 14, teve-se como referência o

mesmo documento no dimensionamento dos laminados de CFRP a utilizar na campanha

experimental. De mencionar ainda que este dimensionamento foi realizado antes da campanha

experimental pelo que as propriedades mecânicas dos materiais consideradas neste ponto não

têm em conta os resultados dos ensaios de resistência aos provetes dos materiais utilizados.

3.6.1 Resistência mecânica das vigas de betão armado

Como foi referido a campanha experimental tem como alvo de estudo seis vigas de betão

armado com 3,3 metros de comprimento com as dimensões e características apresentadas na

Figura 3.47 e na Tabela 3.5, onde, ycm corresponde ao centro de massa da secção da viga,

considerando o ponto de origem como a superfície superior da viga, e corresponde à

distância entre a superfície superior da viga e as armaduras longitudinais inferiores.

O betão utilizado nas vigas pertence à classe C20/25 e o aço é do tipo A500 NR,

apresentando-se as características mecânicas destes materiais na Tabela 3.6.

As condições de apoio das vigas de betão armado consistem numa viga simplesmente apoiada

com aplicação de cargas pontuais a ⅓ e ⅔ do vão, como se pode verificar na Figura 3.48.

Figura 3.47 - Secção transversal das vigas de betão armado

Tabela 3.5 - Características das vigas

ycm 12,47 cm

Área 0,078 m2

Inércia 6,99x10-4

m4

Recobrimento 2,0 cm

d 28,8 cm



67

Tabela 3.6 - Características mecânicas do betão e do aço

C20/25 A500

fck 20 MPa fyk 500 MPa

fcd 13,3 MPa fyd 435 MPa

fctm 2,2 MPa εyd 2,18 x 10-3

Ec 30 GPa Es 210 GPa

As (3Ø12) 3,39 cm2

Figura 3.48 - Condições de apoio e de carregamento das vigas e respectivos diagramas de momentos e esforços transversos

Com base nos dados anteriores é possível determinar o valor de cálculo do momento

resistente da viga de betão armado, MRd,

(3.6-1)

(3.6-2)

(3.6-3)

onde ω e μ são grandezas adimensionais que representam a percentagem mecânica de

armadura e o momento flector reduzido, respectivamente.

O esforço transverso resistente das vigas é igualmente relevante para este dimensionamento

na medida em que é necessário verificar se as vigas conseguem suportar o incremento de

esforços transversos resultantes das futuras de cargas aplicadas após a aplicação do reforço.

O valor de cálculo do esforço transverso resistente é dado pelo menor valor resultante das

expressões (3.6-4) e (3.6-5):


68

(3.6-4)

(3.6-5)

Pelo que . Nas expressões (3.6-4) e (3.6-5)

corresponde à área de

armadura transversal por metro, é a igual a 0,9 , corresponde ao ângulo estimado de

propagação de esforços transversos (30º) e à largura da alma das vigas.

3.6.2 Capacidade resistente das vigas após reforço

O primeiro passo para o dimensionamento do laminado de CFRP consiste então na

determinação da resistência mecânica que a viga terá de assegurar após a operação de

reforço. Neste caso, o critério escolhido consistiu num acréscimo percentual mínimo de 30% do

valor de cálculo do momento flector resistente das vigas, sendo este valor calculado pela

seguinte expressão:

(3.6-6)

Em casos práticos o ACI 440 2R-08 [44] recomenda que seja verificada a seguinte condição,

(3.6-7)

de forma a garantir que a viga possui capacidade resistente suficiente para suportar as novas

cargas, caso existam problemas no laminado ou na sua ligação à viga devido a situações

acidentais. Em (3.6-7), corresponde ao valor nominal da máxima carga actuante na

viga original e e correspondem às futuras cargas permanentes e sobrecargas,

respectivamente.

3.6.3 Dimensões dos laminados de CFRP

Pretende-se utilizar laminados do tipo S&P Laminates CFK, existindo diferentes formatos

disponíveis consoante a sua área de secção e módulo de elasticidade. Estes diferentes

formatos podem ser observados na Tabela 3.7.



69

Tabela 3.7 - Tipos e dimensões de laminados de CFRP da marca S&P [48]

Tipo de laminado Área de secção

[mm2] 150/2000

(Ef =150 GPa) 200/2000

(Ef =200 GPa)

50 x 1,2 - 60

50 x 1,4 50 x 1,4 70

60 x 1,4 60 x 1,4 84

80 x 1,2 - 96

80 x 1,4 80 x 1,4 112

90 x 1,4 90 x 1,4 126

100 x 1,2 - 120

100 x 1,4 100 x 1,4 140

120 x 1,2 - 144

120 x 1,4 120 x 1,4 168

A partir do valor obtido em (3.6-6) é possível determinar a área de secção do laminado de

CFRP da seguinte forma:

(3.6-8)

(3.6-9)

onde corresponde à armadura de aço necessária para responder às novas solicitações e

corresponde a uma modificação do valor de devido à consideração do laminado na

secção da viga, sendo, neste caso, considerada uma estimativa no valor de 0,3 m. Esta

estimativa pode ser considerada aceitável, considerando o valor exacto de:

(3.6-10)

Quando tal não se verificar deve-se repetir o processo iterativamente até se atingir a solução

desejada. Em (3.6-10), refere-se à armadura de aço adicional a colocar e à distância

entre a superfície superior da viga e esta armadura adicional. Como a armadura adicional

consiste em laminados colocados na face inferior da viga, é igual à altura da viga.

Por fim, a área de secção do laminado de CFRP, é calculada pela seguinte expressão:

(3.6-11)


70

na qual se refere ao valor de cálculo da tensão de rotura do laminado de CFRP. O valor do

mesmo foi calculado admitindo que a deformação máxima admissível do laminado, , é de

0,65% e adoptando um laminado com módulo de elasticidade, , de 150 GPa, tendo, desta

maneira, um maior leque de formatos de laminados disponíveis (ver Tabela 3.7).

(3.6-12)

Com base no valor obtido em (3.6-11) verifica-se que se pode utilizar o laminado de secção (50

x 1,2) mm2, que possuiu uma área de secção de 60 mm

2.

3.6.4 Comprimento dos laminados de CFRP

Com o intuito de optimizar a utilização dos laminados de CFRP deve-se determinar o

comprimento necessário dos mesmos, tendo em conta as tensões existentes. O primeiro

aspecto em consideração assenta na necessidade de o laminado cobrir, no mínimo, a zona

onde o momento actuante é superior ao momento resistente original, ou seja, a zona da viga

onde as armaduras originais não são suficientes para suportar as novas cargas. Esta zona, de

comprimento , encontra-se indicada na Figura 3.49.

Figura 3.49 - Delimitação da zona

O cálculo do valor de pode ser efectuado da seguinte forma:

(3.6-12)

A este comprimento deve ser adicionado o valor de , obtendo-se o seguinte resultado:

(3.6-13)

Por fim, deve-se ainda considerar um comprimento final de amarração, b,máx, com base na

expressão (2.3-11):



71

Este valor corresponde a um valor máximo de comprimento de amarração, visto ter sido

demonstrado que prolongamentos do laminado não oferecem qualquer aumento de resistência

à ligação laminado-betão. Considerando então este último resultado, o comprimento total do

laminado de CFRP perfaz o seguinte valor:

(3.6-14)

3.6.5 Verificações de segurança

Neste ponto de situação, em que se encontram definidas todas as características dimensionais

do laminado de CFRP é necessário verificar que a viga reforçada vai apresentar o modo de

rotura desejado, nomeadamente, a rotura por compressão do betão.

Tendo em conta as abordagens de dimensionamento mencionadas neste trabalho, no ponto

2.3.4, recorreu-se à terceira abordagem para verificação da ligação. Assim, a primeira

verificação tem o intuito de procurar evitar o efeito de peel-off do laminado na zona de

amarração. Para tal, é necessário verificar que as forças de tracção no laminado, na zona de

amarração, não ultrapassam um limite de resistência, , com base na expressão (2.3-9):

em que representa um coeficiente de monolitismo, assumido-se o valor 1 para um

monolitismo perfeito, corresponde a um valor representativo das condições de aplicação do

laminado e refere-se a um valor que representa a relação entre a largura da base da viga e

a largura do laminado usando a expressão (2.3-10):

A força de tracção existente no laminado, , é determinada pela seguinte expressão:

(3.6-15)


72

Desta forma, verifica-se que o comprimento e as dimensões da secção do laminado são

suficientes para evitar a ocorrência do fenómeno de peel-off. Os valores de e

considerados na expressão anterior correspondem aos seus valores na zona anterior à zona

de amarração, sendo, portanto, calculado da seguinte forma:

(3.6-16)

Nas restantes zonas da viga deve-se realizar a verificação das tensões de corte na ligação

laminado-betão, para se garantir que esta se mantém intacta durante o carregamento. Para tal,

a seguinte condição deve ser verificada:

(3.6-17)

O valor de pode ser calculado com recurso à formula mencionada em (2.3-14):

Quanto ao valor de , este possui duas maneiras distintas de se calcular, consoante a zona da

viga que se considera, como se pode verificar nas expressões (2.3-12) e (2.3-13). Com base

nestas expressões e tendo em conta que não existe esforço transverso actuante no terço

central do vão da viga, é necessário determinar o ponto da viga a partir do qual as armaduras

se encontram em cedência, de forma a assim se confirmar a necessidade de aplicar a

verificação referida em (2.3-12). Este ponto pode ser determinado da seguinte forma:

(3.6-18)

(3.6-19)

(3.6-20)

Este resultado mostra que as armaduras se encontram em cedência numa zona onde ainda se

verifica a existência de esforço transverso actuante, pelo que a verificação através da

expressão (2.3-12) se torna válida. Apresenta-se, então, a verificação das tensões de corte na

ligação laminado/betão da seguinte forma:



73

Face a esta situação, pode-se admitir que existe o risco de se verificar um arranque prematuro

do laminado. Assim sendo, optou-se por alterar o formato do laminado de forma a aumentar a

largura do mesmo. Foi então escolhido um laminado com uma largura de 80 mm e uma

espessura de 1,4 mm, tendo esta escolha sido definida por disponibilidade do fabricante. Para

o critério de aumento mínimo do Mrd de 30%, são verificadas as seguintes tensões de corte:

Apesar de, na zona em que o aço está em cedência, o valor da tensão de corte continuar a ser

superior ao valor de determinado anteriormente, poderá ser observado mais à frente que

os valores de resistência à tracção do betão apresentados pelos provetes correspondentes

indicam que a classe de resistência do betão é na realidade de C25/30. Assim sendo, o valor

de será de 2,16 MPa, pelo que, dada a maior proximidade de valores de e e não

sendo desejável a aplicação de um reforço excessivo nas vigas, determinou-se que a secção

80 x 1,4 mm2 do laminado de CFRP seria aceitável.

Realizando as restantes verificações para o novo formato escolhido obtêm-se os seguintes

resultados:


74

3.6.6 Modo de rotura

As vigas de betão armado reforçadas com laminados podem apresentar diferentes modos de

rotura, caso a ligação entre o laminado e o betão seja garantida durante todo o carregamento.

Existem dois modos de rotura principais, que consistem no esmagamento do betão e na rotura

do laminado, sendo que estes podem ocorrer antes ou após a cedência das armaduras:

Modo 1a: Esmagamento do betão após a cedência do aço;

Modo 1b: Esmagamento do betão antes da cedência do aço;

Modo 2a: Rotura do laminado FRP após a cedência do aço;

Modo 2b: Rotura do laminado FRP antes da cedência do aço.

De entre os modos de rotura referidos, os modos 1a e 2a são os que têm uma maior

probabilidade de ocorrer devido à relação entre as propriedades mecânicas do laminado e do

aço, na medida em que o FRP possui, na maioria dos casos, um módulo de elasticidade

inferior e maior capacidade de deformação, comparativamente com a extensão de cedência do

aço, estando ambos os materiais em posições próximas nas vigas. Tendo conhecimento das

características das vigas e do reforço a aplicar, é possível prever qual dos modos de rotura se

vai verificar.

Para o modo de rotura 1a admite-se que as forças actuantes na equação de equilíbrio são as

seguintes, desprezando a contribuição das armaduras longitudinais superiores:

(3.6-21)

(3.6-22)

(3.6-23)

Assim sendo, apresenta-se, desta forma, a subsequente equação de equilíbrio, e a

correspondente determinação da posição da linha neutra:

(3.6-24)

Determinada a posição da linha neutra, é possível calcular as extensões do aço e do laminado,

de forma a confirmar a existência do modo de rotura considerado.

(3.6-26)

(3.6-25)



75

Como se pode observar, ambas as condições são respeitadas, pelo que é válido afirmar-se

que a rotura será por compressão do betão.

Assim sendo, o valor do momento resistente da viga, após reforço, pode ser determinado da

seguinte forma

(3.6-27)

De notar que este valor só será atingido se a ligação do laminado ao betão se mantiver até se

atingir esta carga de rotura, tendo, ao mesmo tempo em conta que, para estas cargas as

verificações de segurança da ligação não são respeitadas.


76



77

4 Resultados e discussão

4.1 Ensaios aos provetes

São apresentados neste ponto os resultados dos ensaios de resistência mecânica dos provetes

retirados dos materiais utilizados, nomeadamente os cubos e cilindros de betão e os varões de

aço, destes provetes, de modo a poder controlar a qualidade do betão e correlacionar os

resultados obtidos com os valores de resistência dos materiais considerados nos pontos

anteriores.

4.1.1 Provetes cúbicos de betão

A execução dos provetes cúbicos de betão teve o propósito de realizar sobre os mesmos

ensaios de resistência à compressão. No total foram fabricados 15 cubos com as dimensões

referidas de 15 centímetros de aresta. O carregamento dos provetes foi levado a cabo por uma

prensa, que aplica a carga através da aproximação de duas placas de superfície lisa, como é

visível na Figura 4.1.

Figura 4.1 - Ensaio de compressão a um cubo de betão

Passados 28 dias após a betonagem das vigas e dos provetes, realizou-se os primeiros

ensaios de compressão. Para tal foram utilizados 3 cubos, sendo que os resultados destes

ensaios são visíveis na Tabela 4.1, onde fcm corresponde ao valor médio das tensões de rotura

dos cubos.

Resultados e discussão

78

Tabela 4.1 - Resultados dos ensaios de compressão nos provetes cúbicos aos 28 dias

Cubos Peso (g) Carga (kN) Tensão (MPa)

X1 7861,5 711,0 31,6

X2 7853,5 693,1 30,8

X3 7891,2 688,7 30,6

fcm 31,0

Visto a prensa aplicar um esforço normal aos cubos, a tensão existente nos cubos é

simplesmente o resultado do quociente entre a carga aplicada e a área de contacto do cubo, ou

seja, a área da sua face.

Com base nestes resultados pode ser calculado o valor característico da resistência à

compressão do betão, , determinado da seguinte forma,

(4.2-1)

na qual representa o desvio padrão das amostras consideradas, apresentando-se de seguida

o seu cálculo:

(4.2-2)

Deve-se ter em atenção que o cálculo do desvio padrão é feito para uma amostra reduzida e

que tal facto pode afectar a exactidão e credibilidade do valor obtido. Com base no valor de

obtido e no facto de os betões das classes C20/25 e C25/30 apresentarem o como 25 e 30

MPa, respectivamente, chega-se à conclusão que nos cálculo futuros deve-se considerar o

betão utilizado na campanha experimental como pertencente à classe de resistência C25/30.

Complementarmente, os restantes cubos foram ensaiados em grupos de três, em diferentes

alturas da campanha experimental, de modo a observar as variações da resistência do betão

ao longo do tempo. Os valores médios obtidos nestes ensaios são visíveis na Figura 4.2.

Figura 4.2 - Evolução da tensão resistente do betão à compressão ao longo do tempo

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 50 100 150 200 250 300 350

Te

nsã

o [M

Pa

]

Dias

Rotu

ra d

a v

iga V

1

Rotu

ra d

a v

iga V

2

Rotu

ra d

as v

igas V

3,V

4,V

5 e

V6



79

Como seria de esperar, verificou-se um ligeiro aumento da resistência do betão com o tempo.

4.1.2 Provetes cilíndricos de betão

A caracterização da resistência à tracção do betão utilizado é possível graças aos ensaios

realizados sobre os provetes cilíndricos de betão. Tal como se verificou para os provetes

cúbicos, também foram criados 15 provetes cilíndricos, possuindo 30 centímetros de altura e

15 centímetros de diâmetro. Foram realizados sobre os provetes cilíndricos ensaios de

compressão diametral, recorrendo à mesma prensa, onde o provete se encontra deitado de

forma que a carga seja aplicada na face lateral do provete cilíndrico, como é possível observar

na Figura 4.3

Figura 4.3 - Ensaio de compressão diametral a um cilindro de betão.

O plano de ensaios dos provetes cilíndricos foi idêntico ao dos provetes cúbicos, sendo,

inicialmente, ensaiados três provetes com 28 dias de idade. Os resultados destes ensaios são

visíveis na Tabela 4.2, onde fctm corresponde ao valor médio das tensões máximas de tracção

do betão.

Tabela 4.2 - Resultados dos ensaios de compressão diametral dos provetes cilíndricos aos 28 dias

Cilindros Peso (g) Carga (kN) Tensão (MPa)

X1 12443,6 197,0 2,8

X2 12539,3 165,0 2,3

X3 12442,1 180,1 2,6

fctm 2,6


80

Dadas as condições de carregamento dos provetes cilíndricos, a tensão de tracção obtida nos

mesmos, , é calculada através da seguinte expressão [52],

(4.2-5)

onde P corresponde à carga aplicada e refere-se ao diâmetro da base dos provetes

cilíndricos.

Para a determinação da classe de betão, relativamente aos ensaios do betão à tracção, utiliza-

se como referência o valor médio da resistência do betão à tracção, ou fctm. Tendo em conta o

valor de retirado das amostras dos provetes e que, para as classes de betão C20/25 e

C25/30, o mesmo valor assume-se como 2,2 e 2,6 MPa, respectivamente, verifica-se que o

betão utilizado insere-se mais uma vez na classe de betão C25/30 devido à elevada

proximidade dos seus respectivos valores de .

No que toca aos restantes provetes cilíndricos, estes pretenderam demonstrar a variação da

resistência à tracção do betão com o tempo, sendo que, como já se referiu, o plano de ensaios

foi idêntico ao dos provetes cúbicos. Assim sendo, os valores médios obtidos nestes ensaios

são visíveis na Figura 4.4.

Figura 4.4 - Evolução da tensão resistente do betão à tracção ao longo do tempo

A análise da Figura 4.4 permite observar que, através das variações observadas, a resistência

do betão à tracção não se diferenciou consideravelmente do valor médio da resistência do

betão à tracção aos 28 dias, pelo que, no geral, a média da totalidade dos valores registados,

encontra-se bastante próximo da resistência obtida aos 28 dias.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 50 100 150 200 250 300 350

Te

nsã

o [M

Pa

]

Dias

Rotu

ra d

a v

iga V

1

Rotu

ra d

a v

iga V

2

Rotu

ra d

as v

igas

V3,V

4,V

5 e

V6



81

4.1.3 Varões de aço

Os ensaios realizados sobre as amostras dos varões de aço utilizados nas vigas de betão

armado tiveram como principal finalidade a confirmação das características mecânicas das

armaduras fornecidas, nomeadamente a sua tensão de cedência. Os ensaios foram levados a

cabo por uma máquina da marca Instron que, tendo os varões seguros com “garras”, provoca

esforços de tracção, através do afastamento das mesmas.

No total, foram ensaiadas seis amostras de varões, três varões de 8 milímetros, aplicados nas

armaduras de compressão, e três varões de 12 milímetros, aplicados nas armaduras de

tracção, pelo que os resultados dos seus ensaios estão representados nas Figuras 4.5 e 4.6,

respectivamente.

Figura 4.5 - Diagrama tensão-deslocamento dos ensaios à tracção dos varões de 8 mm

Figura 4.6 - Diagrama tensão-deslocamento dos ensaios à tracção dos varões de 12 mm

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 5 10 15 20 25

Te

nsã

o [M

Pa

]

Deslocamento [mm]

A8-1

A8-2

A8-3

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30 35

Te

nsã

o [M

Pa

]

Deslocamento [mm]

A12-1

A12-2

A12-3


82

Na Tabela 4.3 encontram-se indicados os valores médios das tensões de cedência (fsy) e

tensões últimas (fsu) obtidas nos ensaios de resistência aos varões de aço.

Tabela 4.3 - Valores médios das tensões de cedência e tensões últimas dos varões ensaiados

Diâmetro (mm) fsy (MPa) fsu (MPa)

8 583,1 691,4

12 535,4 646,3

Como já foi referido neste trabalho, foi considerada a utilização de armaduras da classe A500

NR, pelo que os resultados dos ensaios, visíveis nas Figuras 4.5 e 4.6 e os valores da Tabela

4.3 permitem confirmar esse facto, na medida em que o comportamento observado é bastante

semelhante ao que seria esperado por parte de um aço da classe referida. Como curiosidade,

regista-se o facto de os varões de 8 milímetros não apresentarem um patamar de cedência que

é visível nos varões de 12 milímetros, ou seja, os varões foram sujeitos a tratamentos de

endurecimento diferentes.



83

4.2 Ensaios às vigas de betão armado

No seguimento da descrição do programa experimental levado a cabo neste trabalho,

apresentam-se, neste ponto, os resultados obtidos nos ensaios de carregamento das vigas de

betão armado. É igualmente feita uma análise do comportamento das vigas, face às diferentes

fases da campanha. Nos seguintes pontos é feita a seguinte classificação das vigas:

V1 e V2 – vigas padrão;

V3 e V4 – vigas apenas reforçadas;

V5 e V6 – vigas reparadas e reforçadas.

4.2.1 Vigas padrão

Os primeiros ensaios de carregamento incidiram sobre duas vigas de betão armado, no seu

estado original. Como já foi referido, estas vigas foram utilizadas como referência do

comportamento original do betão armado e para observação do desenvolvimento da

fendilhação no mesmo.

Apresenta-se na Figura 4.7 o diagrama dos deslocamentos registados pelos deflectómetros, ao

longo do carregamento durante o 1º ensaio, juntamente com os correspondentes valores

teóricos a meio-vão. Estes valores teóricos foram determinados através da fórmula de cálculo

da flecha instantânea, , que se apresenta de seguida, não considerando a acção da fluência:

(4.2-1)

Esta expressão é referente ao método dos coeficientes globais, na qual é um coeficiente

que tem em conta o estado de fendilhação e o efeito das armaduras, e refere-se à flecha

elástica. Para a determinação do coeficiente foram consideradas as características físicas e

mecânicas das vigas e o seu momento de fendilhação (Mcr = 9,31 kNm). Para o cálculo de

foi aplicado o principio dos trabalhos virtuais na determinação da seguinte expressão:

(4.2-2)

Aplicando as fórmulas (4.2-1) e (4.2-2) a diferentes níveis de carregamento foi possível delinear

o desenvolvimento da deformação das vigas a meio-vão. O cálculo das deformações foi

realizado para carregamentos iguais ou inferiores a 100 kN, carga esperada para a cedência

das armaduras, determinada analiticamente com base nos resultados dos ensaios de

resistência aos materiais utilizados (Mr = 50,3 kNm)


84

Figura 4.7 - Deformações registadas pelos deflectómetros na viga V1

Nas curvas experimentais da Figura 4.7 é possível observar os três estados principais do

comportamento de vigas de betão armado. Inicialmente, a viga encontra-se num estado não

fendilhado, com um comportamento elástico, até perto dos 15 kN, onde se verifica a

fendilhação do betão. Nesta fase as vigas apresentam uma rigidez consideravelmente elevada

que ronda os 40 kN/mm. A passagem para o estado fendilhado é comprovada pela mudança

de inclinação das curvas, ou seja, pela perda considerável de rigidez, para perto dos 7 kN/mm,

mas mantendo o comportamento linear. Por fim, perto dos 110 kN, verifica-se a cedência das

armaduras, passando a assumir um comportamento plástico, onde a viga começa a apresentar

um aumento considerável da flecha, para um acréscimo de carregamento reduzido. É também

verificado, como seria de esperar, uma maior flecha a meio-vão, comparativamente com os

pontos de carregamento, aspecto confirmado pela menor inclinação da linha correspondente

ao deflectómetro central, antes da cedência. Neste caso, e como será verificado em vários

resultados posteriores, o alcance inferior dos deflectómetros laterais impede o registo de

valores de deslocamento superiores. Comparativamente com os valores teóricos, parece existir

uma concordância bastante satisfatória entre os valores esperados e os valores obtidos

experimentalmente até à cedência das armaduras.

Na Figura 4.8 apresenta-se o diagrama dos deslocamentos registados pelos deflectómetros, ao

longo do carregamento da viga V2, juntamente com os valores teóricos do deslocamento da

viga a meio-vão.

Os resultados obtidos neste ensaio, no que toca à deformação da viga, são bastantes

semelhantes aos verificados no primeiro ensaio, nomeadamente, no comportamento do betão

e na diferença entre deflectómetros. No entanto, verifica-se alguma diferença no valor de carga

para o qual as armaduras entram em cedência, na medida em que, neste ensaio, este

fenómeno acontece por volta dos 100 kN, como era espectável, enquanto que no primeiro

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100

Ca

rga

[kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central

Desl. Esquerdo

Desl. Direito

Desl. Central Teórico



85

ensaio tal só aconteceu para cargas perto dos 110 kN. Neste diagrama é, de certa forma mais

visível a recuperação da viga, sem deformações residuais consideráveis, após o

descarregamento da viga durante o estado elástico. De notar mais uma vez a semelhança

entre os resultados obtidos experimentalmente e os valores determinados analiticamente.

Figura 4.8 - Diagrama de deformações registadas na viga V2.

Para comparação entre os resultados obtidos no 1º e 2º ensaio, pode-se observar na Figura

4.9 as medições obtidas nos deflectómetros centrais de ambos os ensaios e os valores teóricos

da deformação a meio-vão. A observação desta figura permite confirmar a proximidade entre

os valores teóricos e os obtidos experimentalmente e a diferença entre as cargas de cedência

das vigas V1 e V2. É também possível detectar uma rigidez ligeiramente inferior por parte da

segunda viga tornando-a susceptível a maiores deformações.

Figura 4.9 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros nas vigas V1 e V2

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100

Ca

rga

[kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central

Desl. Esquerdo

Desl. Direito


0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100

Carg

a [kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central (V1)

Desl. Central (V2)



86

Visualmente, a deformação das vigas não foi muito perceptível anteriormente à cedência das

armaduras que, como é possível observar nas medições dos deflectómetros, praticamente não

ultrapassa os 15 mm. Como já foi referido houve um aumento significativo da deformação das

vigas após a cedência das armaduras, pelo que a deformação observada se tornou bastante

evidente como se pode verificar na Figura 4.10.

Figura 4.10 - Deformação da viga V1 perto da sua rotura

Na Figura 4.11 apresentam-se os valores obtidos pelos extensómetros colocados nas

armaduras longitudinais inferiores das vigas, nomeadamente, os extensómetros C e D (Figura

3.15), sendo também possível observar na mesma figura a extensão teórica destas armaduras.


Tal como é verificado nos diagramas de deslocamentos das vigas, é possível caracterizar o

comportamento das mesmas através dos diagramas de extensão das armaduras inferiores. Os

diferentes estados de comportamento são identificados de forma idêntica, embora aqui, para

0

20

40

60

80

100

120

0 2000 4000 6000 8000 10000

Carg

a [kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. C (V1)

Ext. D (V1)

Ext. C (V2)

Ext. D (V2)

Ext. Teórica



87

além da mudança da inclinação nos valores registados devido à fendilhação do betão, é

possível também observar um incremento súbito das extensões das armaduras, resultante da

transmissão das tensões existentes no betão para as armaduras aquando da fendilhação.

Considerando as características do aço e os resultados obtidos nos testes de resistência dos

varões de aço, a cedência das armaduras ocorreu perto da extensão prevista de 2700 m/m

( ). Ao observar as Figuras 4.9 e 4.11 é possível notar que a cedência das armaduras

não teve um efeito imediato sobre a rigidez das vigas. De facto a perda da rigidez das vigas

verifica-se apenas para cargas ligeiramente superiores às registadas na cedência das

armaduras. A cedência das armaduras observada na Figura 4.11 refere-se apenas à secção a

meio-vão, onde foram feitas as medições, pelo que os deslocamentos da viga devem ser

apenas afectados quando a cedência das armaduras se estende às zonas adjacentes. Por

outro lado, a cedência das armaduras a meio-vão deve ter provocado uma redução imediata da

rigidez das vigas, embora consideravelmente reduzida e que, aliada à escala do diagrama da

Figura 4.19, a torna de difícil visibilidade.

O desenvolvimento das extensões teóricas das armaduras de tracção ( ), foi determinado

através da seguinte expressão,

(4.2-3)

na qual, representa a posição da linha neutra, que assume a cota do centro de massa

durante o estado não fendilhado, e que, para o estado fendilhado pode ser determinado

através da seguinte expressão,

(4.2-4)

Já refere-se à curvatura da secção, determinada da seguinte forma,

(4.2-5)

onde a inércia correspondente ao estado fendilhado, , se calcula da seguinte forma,

(4.2-6)

Analisando os resultados determinados analiticamente e os obtidos experimentalmente, pode-

se afirmar que estes não são muito díspares, apresentando valores semelhantes, sendo que a

diferença entre aqueles valores pode ser resultado de pequenas deformações residuais, fruto

das acções de carga e descarga das vigas e dos inevitáveis erros experimentais.


88

Na Figura 4.12 apresentam-se os valores obtidos pelos extensómetros colocados nas

armaduras longitudinais superiores das vigas, nomeadamente, os extensómetros A e B. É

também apresentada, nesta figura, a extensão teórica destas armaduras de compressão.

Tendo inicialmente apenas em conta os resultados obtidos experimentalmente é possível

observar um desenvolvimento, de certa forma linear, da extensão das armaduras.

Considerando a perda de rigidez observada na Figura 4.11 aquando da fendilhação do betão,

seria de esperar que essa perda se verificasse também nas armaduras superiores. No entanto,

a subida da linha neutra após a fendilhação do betão produz um efeito contrário ao da perda de

rigidez, não sendo notável uma mudança de inclinação na extensão das armaduras superiores.

Apesar dos valores de extensões registados pelos extensómetros A e B apresentarem um

desenvolvimento semelhante, verifica-se, em ambos os ensaios, uma diferença nos respectivos

valores que, pode ser resultado de alguma falta de simetria na aplicação da carga e pela menor

precisão relativa das leituras dos extensómetros para esforços de compressão, dado que os

valores obtidos são reduzidos. Para carregamentos elevados nota-se ainda a “quebra” nos

valores da extensão das armaduras que pode ser resultado do efeito do esmagamento do

betão nas leituras dos extensómetros.

Figura 4.12 – Extensões registadas nas armaduras longitudinais superiores das vigas V1 e V2

Uma primeira análise da Figura 4.12 permite detectar uma considerável diferença entre os

valores obtidos experimentalmente e os determinados analiticamente. O cálculo das extensões

teóricas destas armaduras foi análogo ao cálculo efectuado para as armaduras de tracção. Os

valores da extensão das armaduras superiores registados experimentalmente sugerem uma

posição da linha neutra, no estado fendilhado, inferior à determinada analiticamente. Assim,

com base nos resultados observados nas Figuras 4.11 e 4.12, apresenta-se na Figura 4.13 a

posição da linha neutra ao longo dos carregamentos de ambos os ensaios, tendo como origem

a superfície superior das vigas.

0

20

40

60

80

100

120

-250 -200 -150 -100 -50 0 50

Carg

a [kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. A (V1)

Ext. B (V1)

Ext. A (V2)

Ext. B (V2)

Ext. Teórica



89

Neste diagrama é possível observar que a linha neutra se encontra, inicialmente, relativamente

próxima da cota do centro de massa da viga, verificando-se uma alteração súbita para níveis

superiores aquando da fendilhação (Carga de ≈ 15 kN). Com o aumento de carga

subsequente, a linha neutra passa a assumir uma distância à superfície superior de

aproximadamente 6,5 cm e posteriormente, distâncias ainda menores após se verificar a

cedência das armaduras. Quando o betão atinge o seu limite linear elástico, a linha neutra sobe

mais uma vez, permitindo uma melhor distribuição de tensões sobre a zona comprimida. Este

facto, embora com algumas reservas, pode ser justificativo da quebra das extensões das

armaduras para carregamentos elevados, caso a linha neutra se tenha posicionado acima

destas armaduras, que provocaria uma passagem de esforços de compressão para esforços

de tracção.

Figura 4.13 - Posição da linha neutra ao longo do carregamento das vigas V1 e V2

Relativamente à diferença entre os resultados experimentais e os determinados analiticamente,

deve-se fazer notar o facto de a cota da linha neutra teórica e a cota das armaduras superiores

serem quase idênticas. Este resultado, aliado ao facto de se estar perante uma grandeza de

valores de extensões obtidas nas armaduras inferiores bastante reduzida, comparativamente

com os valores de extensões que se podem observar na Figura 4.11, permite concluir que

pequenos desvios verificados na posição da linha neutra, das armaduras ou mesmo na

orientação dos próprios extensómetros, aparentam provocar grandes discrepâncias nos

resultados finais.

Outro método de análise consiste na representação da relação momento-curvatura ao longo do

carregamento. Esta relação pode ser observada na Figura 4.14, tanto para o comportamento

verificado experimentalmente como para os valores determinados analiticamente, tendo como

base os valores da extensão das armaduras. É de evidenciar que, de acordo com as condições

de apoio e de carregamento, o valor do momento existente corresponde a metade da carga

aplicada.

0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Carg

a [kN

]

Posição [m]

Viga V1

Viga V2

Lin

ha n

eutr

a te

órica n

o e

sta

do I

Lin

ha n

eutr

a te

órica n

o e

sta

do I

I


90

O desenvolvimento da curvatura é semelhante ao da extensão das armaduras inferiores,

embora neste caso seja mais evidente a diferença entre os resultados experimentais e

analíticos, apesar de ainda se poderem considerar relativamente próximos. Tal como foi

referido a diferença de resultados pode ser resultado das acções de carga e descarga, embora

seja necessário reconhecer uma rigidez das vigas inferior à que seria esperada.

Figura 4.14 - Relações momento-curvatura nas vigas V1 e V2

No que respeita à fendilhação das vigas, a abertura das fendas foi monitorizada ao longo do

carregamento, de acordo com o procedimento descrito no ponto 3.5.2. Os resultados das

medições realizadas encontram-se representados na Figura 4.15, juntamente com os valores

característicos da abertura de fendas, determinados de acordo com o método indicado no

ponto 2.2.1 deste trabalho.

Figura 4.15 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V1 e V2

0

10

20

30

40

50

60

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Mo

me

nto

[kN

m]

Curvatura [x10-6 m-1]

Viga V1

Viga V2

Teoria

0

20

40

60

80

100

120

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Carg

a [kN

]

Abertura de fendas [mm]

Viga V1

Viga V2

Wk



91

Apesar dos resultados do primeiro ensaio serem pouco representativos, visto apenas terem

sido realizadas medições para metade do carregamento, é valido afirmar que existe uma certa

proximidade nas medições realizadas em ambos os ensaios. O aumento súbito da abertura das

fendas para um carregamento perto de 100 kN é uma consequência da cedência das

armaduras e do seu comportamento plástico. Relativamente aos valores característicos da

abertura de fendas, embora sejam ligeiramente mais reduzidos, comparativamente com as

medições efectuadas, as variações da abertura das fendas ao longo do carregamento, para as

medições efectuadas e os valores determinados analiticamente, são algo similares. É

necessário também ter em conta a reduzida grandeza das diferenças observadas e a elevada

dispersão que está associada ao processo de fendilhação.

Com base nestes resultados, e devido ao critério de uma abertura de fendas mínima de 0,3 mm

para a realização da injecção de resinas, determinou-se que esta operação seria executada

com um carregamento perto dos 90 kN, com um controlo especial na extensão das armaduras

inferiores, de modo a não se verificar a cedência das armaduras.

Relativamente ao desenvolvimento da fendilhação, apesar de ser caracterizada por uma certa

aleatoriedade, esta desenvolveu-se de acordo com o padrão esperado, pelo que as primeiras

fendas surgiram na zona de meio-vão, propagando-se para as extremidades à medida que se

verificava o aumento da carga aplicada. As fendas a meio-vão eram praticamente verticais e a

sua inclinação aumentava à medida que estas se aproximavam dos apoios. Com a aplicação

de cargas mais elevadas, mas previamente à cedência das armaduras, foi possível também

observar algumas fendas devidas a esforço transverso, junto aos apoios, e a propagação das

fendas centrais até ao banzo da viga. A Figura 4.16 é retirada do ensaio à viga V2, onde se

pode observar alguns exemplos da fendilhação mencionada.

Figura 4.16 – Caracterização da fendilhação das vigas

Não se verificando sinais claros da ocorrência da rotura das armaduras, a viga foi

descarregada após se ter verificado o esmagamento significativo (por compressão) do betão.

Tal facto pode ser verificado nas Figuras 4.17 e 4.18 onde se observa a rotura das vigas V1 e

V2, respectivamente.


92

4.2.2 Vigas apenas reforçadas

Visto o objectivo principal deste trabalho incidir sobre a necessidade da reparação das fendas

previamente a operações de reforço, a acção de fendilhação das vigas foi essencial para esta

campanha experimental. Tal como foi referido, esta fendilhação foi realizada aplicando um

carregamento de 90 kN sobre as vigas, sendo posteriormente descarregadas para aplicação do

reforço. Infelizmente, devido a erros no registo e gravação dos dados, não é possível

apresentar os valores das medições realizadas durante esta fase da campanha experimental.

No entanto, é possível afirmar que, durante o carregamento das vigas, as extensões das

armaduras de tracção foram controladas, pelo que estas não atingiram valores que indicassem

a ocorrência da cedência das armaduras. A juntar a este facto, após a descarga das vigas, não

se observou qualquer deformação residual das mesmas. Durante a aplicação de carga nas

vigas foram também monitorizadas as aberturas de fendas no betão pelo que se apresentam

na Figura 4.19 os valores registados neste âmbito e os valores característicos da abertura de

fendas.

Figura 4.19 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V3 e V4 previamente à aplicação de reforço

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Carg

a [kN

]


Viga V3

Viga V4

Wk

Figura 4.17 - Rotura da viga V1 por compressão do betão

Figura 4.18 - Rotura da viga V2 por compressão do betão



93

No diagrama da Figura 4.19 há a registar uma maior proximidade entre os valores das

aberturas de fendas medidos e os seus valores característicos, por comparação com o

verificado nas vigas V1 e V2, proximidade essa que também pode ser considerada entre os

valores registados nas vigas V3 e V4, dado a grandeza dos valores presentes e a maior

dispersão inerente ao processo de fendilhação.

Apresenta-se na Figura 4.20 os resultados das medições dos deslocamentos da viga V3, com

o sistema de reforço aplicado, registados pelos deflectómetros, durante o carregamento até à

rotura.

Neste diagrama nota-se um comportamento de certa forma linear por parte da viga V3. No

início do carregamento, foram efectuadas duas acções de carga-descarga pelo que é válido

afirmar que houve uma recuperação praticamente total por parte da viga, voltando ao seu

estado inicial. Visto a viga ter sido reforçada após a fendilhação do betão e sem ter sofrido

qualquer tratamento, a rigidez da viga é constante, alterando-se para uma carga de

aproximadamente 120 kN, devido à cedência das armaduras. Este facto faz com que, a partir

deste ponto, apenas o laminado seja capaz de suportar os esforços de tracção adicionais e

portanto, se verifique uma quebra na rigidez da viga. Para uma carga ligeiramente inferior a

160 kN verifica-se a perda da ligação do laminado ao betão. Esta rotura deu-se através do

arranque do betão de recobrimento na zona de ancoragem do laminado, como é possível

verificar na Figura 4.21. Aquando da perda da ligação do laminado, verifica-se uma redução

súbita da carga aplicada, mantendo-se praticamente a deformação existente, excepto para o

deflectómetro direito, lado onde se verificou a perda da ligação. Sem a ligação do laminado, a

viga passou a ter um comportamento plástico para o carregamento seguinte, suportando

cargas semelhantes às verificadas durante o estado plástico das vigas padrão. Com a

progressão do carregamento, a perda da ligação foi-se propagando para a zona central da viga

e, visto a rotura da ligação ter ocorrido do lado direito da viga, é com alguma naturalidade que

a deformação registada tenha sido crescente do lado esquerdo para o direito.

Figura 4.20 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros na viga V3

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60

Carg

a [kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central

Desl. Direito

Desl. Esquerdo


94

Figura 4.21 - Rotura da ligação do laminado na viga V3

Na Figura 4.22 apresenta-se os resultados das medições dos deflectómetros no carregamento

até à rotura da viga V4.

Figura 4.22 - Deslocamentos registadas pelos deflectómetros na viga V4

Analisando este diagrama verifica-se um desenvolvimento dos deslocamentos bastante similar

ao obtido para a viga V3. Mais uma vez, as acções de carga e descarga para cargas de 15 e

30 kN não provocaram qualquer deformação residual e a cedência das armaduras aparenta ter

ocorrido para um nível de carregamento ligeiramente superior (≈140 kN). Relativamente à

rotura da ligação do laminado ao betão, esta verificou-se para uma carga ligeiramente superior

a 160 kN, ocorendo também do lado direito da viga, na zona de ancoragem, arrancando o

recobrimento de betão existente, como é visível na Figura 4.23. Pouco depois desta rotura da

ligação, verificou-se um descolamento do laminado ao nível da ligação laminado-resina, desde

a zona do arrancamento até à zona de meio-vão, que provocou o derrube do deflectómetro

direito e o aumento substancial das leituras no deflectómetro central, pelo que se procedeu ao

descarregamento da viga e à paragem da recolha de dados.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Ca

rga

(kN

)

Deslocamento (mm)

Desl. Central

Desl. Esquerdo

Desl. Direito



95

Figura 4.23 - Rotura da ligação do laminado na viga V4

Para comparação entre ambos os ensaios, encontram-se representadas na Figura 4.24 os

deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V3 e V4.

Figura 4.24 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V3 e V4

Tendo apenas em consideração o período em que o conjunto viga+reforço actuou como um

todo, pode-se afirmar que o comportamento observado nas duas vigas é bastante semelhante,

verificando-se deformações quase coincidentes até ao ponto de cedência das armaduras, que

ocorreu num nível de carregamento ligeiramente superior para a viga V4, tal como a rotura da

ligação do laminado. Recuperando o valor mínimo de cálculo do momento resistente da viga

após reforço, MRd = 52,13 kNm, determinado na expressão (3.6-6), e que equivale a um valor

de carregamento de aproximadamente 105 kN, verifica-se que os valores da rotura da viga

ficaram acima do esperado, pelo que é valido afirmar que a resistência da ligação do laminado

ao betão foi superior à esperada, dadas as verificações de segurança consideradas no

dimensionamento dos laminados.

Com o intuito de mostrar o efeito do reforço com laminados de CFRP, pode-se observar na

Figura 4.25 os deslocamentos medidos nas vigas apenas reforçadas e nas vigas padrão.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50

Carg

a [kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central (V3)

Desl. Central (V4)


96

Figura 4.25 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais para as vigas V1, V2, V3 e V4

Da observação deste diagrama confirma-se o aumento considerável da resistência e rigidez da

viga, resultado do reforço com laminados de CFRP. Relativamente à resistência das vigas, as

vigas apenas reforçadas apresentam uma resistência 34% superior à das vigas padrão,

considerando em ambos os casos a carga máxima atingida. No âmbito da utilização em serviço

destas vigas, se for apenas considerado o comportamento linear das vigas padrão, ou seja,

considerando a carga de perda de rigidez das vigas padrão (≈ 100 kN) provocada pela

cedência das armaduras e a carga máxima atingida nas vigas apenas reforçadas, este

aumento de resistência passa para aproximadamente 49%. A rigidez inicial das vigas sofreu

um aumento substancial de aproximadamente 83%, tendo em conta que a rigidez inicial das

vigas reforçadas foi determinada através da rigidez secante para uma carga de 60 kN e nas

vigas padrão foi apenas considerado o estado fendilhado. É ainda visível que a aplicação do

sistema de reforço provocou uma perda de ductilidade nas vigas. Este facto é justificado pelo

comportamento mecânico do CFRP, que não possui patamar de cedência, ao contrário do aço,

aliado ao facto de se considerar a rotura das vigas reforçadas quando existe perda da ligação

do laminado, enquanto que nas vigas padrão a rotura é apenas determinada pelo

esmagamento do betão.

Na Figura 4.26 observa-se os valores obtidos pelos extensómetros colocados nas armaduras

longitudinais inferiores das vigas V3 e V4, nomeadamente, os extensómetros C e D (Fig. 3.15).

Analisando o diagrama da Figura 4.26 nota-se uma certa proximidade entre os valores obtidos,

excepto no caso do extensómetro C da viga V4. Uma diferença notável nos resultados obtidos

por este extensómetro consiste na falta de linearidade no início do carregamento, que pode ser

resultado duma falha inerente ao extensómetro ou duma distribuição de esforços de tracção

anormal entre as armaduras e o laminado, embora menos provável. Nos extensómetros D é

possível observar a cedência das armaduras para um carregamento perto dos 150 kN e para

uma extensão de aproximadamente 2500 m/m, não muito distante dos 2700 m/m esperados.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100

Ca

rga

[kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central (V1)

Desl. Central (V2)

Desl. Central (V3)

Desl. Central (V4)



97

Após a rotura da ligação do laminado ao betão ocorre uma perda de carga que se reflecte

numa redução dos momentos flectores e, consequentemente, nas extensões, que também

sofrem uma redução.


Na Figura 4.27 encontram-se representadas as extensões registadas pelos extensómetros

colocados nas armaduras superiores das vigas V3 e V4.


Nas medições das extensões das armaduras superiores, são poucos os resultados

considerados válidos. As medições realizadas pelo extensómetro A da viga V3 não se

encontram representadas, pois não representam minimamente o comportamento e a grandeza

de valores esperados, atribuindo-se este facto a erros de leitura. Já para o extensómetro B da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 1000 2000 3000 4000 5000

Ca

rga

[kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. C (V3)

Ext. D (V3)

Ext. C (V4)

Ext. D (V4)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0

Carg

a [kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. B (V3)

Ext. A (V4)

Ext. B (V4)


98

viga V4, a validade dos resultados obtidos é também altamente questionável na medida em

que as extensões obtidas são consideravelmente inferiores ao esperado e, uma análise mais

pormenorizada do desenvolvimento das extensões ao longo do carregamento, permite

identificar aumentos de extensão intermitentes para aumentos de carregamento constantes.

Por fim, para os restantes extensómetros, os resultados são relativamente similares, pelo que

seriam mais próximos, se no extensómetro B da viga V3 não tivessem ocorrido os aumentos

súbitos nos valores da extensão, nomeadamente, quando se aplicou uma carga constante aos

15 kN e aos 100 kN. Assim sendo, considera-se os resultados obtidos no extensómetro A da

viga V4 como os que melhor representam o comportamento das armaduras longitudinais

superiores.

Comparativamente com as vigas padrão, os valores da extensão obtida são relativamente

semelhantes pois, apesar de haver um aumento da rigidez da viga após o reforço, que

provocaria menores extensões, a colagem do laminado provoca também uma descida da

posição da linha neutra, comparativamente com as vigas padrão. Alterando a expressão (4.2-4)

a posição da linha neutra nas vigas reforçadas é determinada da seguinte forma:

(4.2-7)

Tendo em consideração apenas os resultados das medições dos extensómetros considerados

válidos, ou seja, excluindo os valores obtidos pelo extensómetro A da viga V3 e pelo

extensómetro B da viga V4, apresenta-se na Figura 4.28 a posição da linha neutra ao longo

dos carregamentos das vigas V3 e V4.


Tal como aconteceu nas vigas padrão, a linha neutra situou-se abaixo da posição esperada,

sendo que se foi aproximando, com o decorrer do carregamento, de uma distância de 7,5 cm

da superfície superior da viga, considerando os valores obtidos na viga V4 como mais fiáveis.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Carg

a [kN

]

Posição [m]

Viga V3

Viga V4

Lin

ha n

eutr

a te

órica



99

Na Figura 4.29 encontra-se representada a relação momento-curvatura verificada durante o

carregamento das vigas V3 e V4 e das vigas padrão. Para esta representação foram também

apenas utilizados os resultados dos extensómetros considerados válidos mencionados

anteriormente.

Figura 4.29 - Relações momento-curvatura nas vigas V1, V2, V3 e V4

Pode-se afirmar que as curvaturas observadas em ambas as vigas são relativamente

semelhantes, apresentando um desenvolvimento linear, tal como verificado para os

extensómetros. A diferença entre resultados encontra-se algo amplificada devido aos desvios

observados nos extensómetros B da viga V3 e C da viga V4. Comparativamente com os

valores padrão, confirma-se o aumento de rigidez nas vigas reforçadas.

No que toca à fendilhação das vigas, quando ensaiadas até à rotura, antes de se iniciar a

aplicação de carga, procedeu-se à identificação das fendas existentes, resultantes do

carregamento efectuado antes da aplicação do reforço. Na Figura 4.30 pode ser observada

esta identificação, realizada na viga V3.

Figura 4.30 – Identificação das fendas na viga V3 previamente ao ensaio à rotura

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Mo

me

nto

[kN

m]


Viga V1

Viga V2

Viga V3

Viga V4


100

Tal como foi efectuado para as vigas padrão e no carregamento inicial de fendilhação destas

vigas, realizou-se a medição das aberturas de fendas durante o carregamento das vigas V3 e

V4 até á rotura (R), nos quais se obteve os resultados ilustrados na Figura 4.31, sendo também

visível os valores obtidos durante a fase de fendilhação das vigas (F).

Neste caso, é valido afirmar que os valores obtidos são semelhantes em ambas as vigas.

Comparando os valores das aberturas de fendas antes e depois da aplicação do reforço, é

válido afirmar que a colagem de laminados de CFRP provoca também uma diminuição dos

valores das aberturas de fendas, facto que era esperado, dado o aumento da quantidade de

reforço na zona traccionada.

Relativamente à propagação das fendas, não se verificou nenhuma diferença notável ao nível

do espaçamento entre fendas e altura das mesmas, comparativamente com o que se observou

nas vigas padrão, sendo visível nas Figuras 4.32 e 4.33 as fendas existentes nas vigas V3 e V4

pouco antes da rotura da ligação do laminado, respectivamente.

Figura 4.32 - Distribuição de fendas na viga V3 antes da sua rotura

Figura 4.31 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V3 e V4 na fase de fendilhação e nos ensaios até à rotura

0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Ca

rga

[kN

]


Viga V3 (F)

Viga V4 (F)

Viga V3 (R)

Viga V4 (R)



101

Figura 4.33 – Distribuição de fendas na viga V4 antes da sua rotura

4.2.3 Vigas reforçadas e reparadas com injecção de resinas

De forma a ser possível tirar conclusões acerca do efeito de reparação de fendas previamente

a operações de reforço, procedeu-se à aplicação do carregamento das vigas, que foram então

reparadas com a injecção de resinas epóxidas e subsequentemente reforçadas com laminados

de CFRP. De modo a ser possível realizar a sua reparação, a criação de fendas no betão foi

efectuada de forma análoga à descrita para as vigas V3 e V4.

Na Figura 4.34 observa-se os valores das medições das aberturas de fendas registadas na

fase de fendilhação das vigas V5 e V6, juntamente com o valor característico da abertura de

fendas.

Figura 4.34 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V5 e V6 previamente à aplicação do reforço

Tal como se tinha verificado nas vigas V3 e V4, existe também, neste caso, uma maior

proximidade entre os valores de aberturas de fendas medidos e os valores previstos para a

abertura de fendas, comparativamente com as vigas padrão.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Carg

a [kN

]


Viga V5

Viga V6

Wk


102

As vigas foram descarregadas no dia seguinte à injecção. Pode-se notar nas Figuras 4.35 e

4.36 a existência de deformações residuais ao nível da flecha e da extensão das armaduras de

tracção, respectivamente.

Figura 4.35 – Deslocamentos a meio vão das vigas V5 e V6 durante o carregamento e descarregamento associado à operação de reparação

Figura 4.36 – Extensões das armaduras de tracção das vigas V5 e V6 durante o carregamento e

descarregamento associado à operação de reparação

Quanto aos valores do deslocamento e extensão das armaduras de tracção aquando da

descarga das vigas, estes foram obtidos para uma descarga quase instantânea e não

consideram a fase de injecção das vigas pelo que estas curvas de descarga foram colocadas

nas Figuras 4.36 e 4.37 de modo os valores iniciais do deslocamento ou extensão coincidem

com os respectivos valores das curvas de carregamento. Assim sendo, deve ser apenas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Ca

rga

[kN

]

Deslocamento [mm]

Viga V5

Viga V6

Viga V5 (corrigido)

0

20

40

60

80

100

120

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Carg

a [kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. C (V5)

Ext. D (V5)

Ext. C (V6)

Ext. D (V6)



103

considerado o seu desenvolvimento e a variação de valores observada, na medida em que os

valores indicados nas figuras possam ter sido afectados pela ocorrência de fluência nas vigas

ou por alguma perda de carga durante a fase de injecção ou durante o período posterior de 24

horas, tempo que o processo de reparação durou. Existe ainda a possibilidade de se verificar

alguma fluência nas vigas após a sua descarga, no sentido de haver uma maior recuperação

das deformações, na medida em que, devido à existência de deformações após a descarga, as

armaduras ainda se encontram sobre tensão. Deve ainda ser notada a falha inicial na

representação dos deslocamentos a meio-vão da viga V5, consequência de o deflectómetro

não se encontrar devidamente colocado no inicio do ensaio e apenas ter começado a registar

as medições para um carregamento perto dos 15 kN. Assim sendo apresenta-se na Figura 4.35

uma proposta de correcção dos valores dos deslocamentos a meio–vão da viga V5.

Para os ensaios até à rotura das vigas V5 e V6, após se ter aplicado o reforço com laminados

de CFRP, começa-se por apresentar na Figura 4.37 os valores das medições dos

deflectómetros durante o ensaio realizado à viga V5.


Durante a fase inicial do carregamento, aos 15 e 30 kN de carga, é mais uma vez possível

observar a recuperação praticamente total das deformações existentes após a descarga da

viga visto que as curvas de carga, descarga e recarregamento encontram-se praticamente

sobrepostas. Relativamente ao desenvolvimento dos deslocamentos da viga ao longo do

carregamento verifica-se que, inicialmente, este é linear, pelo que perto dos 80 kN, parece

ocorrer uma redução gradual da rigidez da viga. A rotura aconteceu perto dos 170 kN, tendo-se

verificado mais uma vez através da perda da ligação do laminado devido ao arranque do betão

na zona de ancoragem, que ocorreu do lado esquerdo da viga, justificando a inexistência de

dados após a rotura da viga do deflectómetro esquerdo. A rotura da ligação do laminado pode

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 5 10 15 20 25 30

Carg

a [kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central

Desl. Esquerdo

Desl. Direito


104

ser observada na Figura 4.38. De assinalar ainda a correspondência quase total entre os

valores dos deflectómetros esquerdo e direito antes da rotura.

Figura 4.38 - Rotura da ligação do laminado de CFRP na viga V5

Na Figura 4.39 encontram-se representados os deslocamentos registados pelos deflectómetros

durante o ensaio até à rotura da viga V6.


As mesmas considerações que foram feitas para os deslocamentos medidos na viga V5 podem

ser aplicadas para os resultados observados na Figura 4.39, sendo que a diferença principal

assenta no valor da carga de rotura que, neste caso, se aproxima dos 162 kN. A rotura

verificou-se do lado esquerdo, mais uma vez através da rotura da ligação devido ao arranque

do betão na zona de ancoragem, propagando-se até quase o meio-vão, como é visível na

Figura 4.40.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 5 10 15 20

Carg

a [kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central

Desl. Esquerdo

Desl. Direito



105

Na Figura 4.41 é feita uma representação dos valores dos deslocamentos a meio-vão

registados nos ensaios das vigas V5 e V6.

Figura 4.40 - Rotura da ligação do laminado de CFRP na viga V6

Figura 4.41 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V5 e V6

Comparando os valores obtidos em ambos os ensaios, é notável a semelhança dos resultados

de ambos os ensaios, à parte da diferença entre valores da carga de rotura. Tal como se tinha

verificado nas vigas V3 e V4, a rigidez das vigas V5 e V6 também aparenta sofrer uma redução

gradual ao longo do carregamento, sendo esta redução mais notória por volta dos 140 kN,

ponto a partir do qual se verifica a cedência das armaduras.

Ainda referente às deformações da viga apresenta-se na Figura 4.42 as deformações a meio-

vão registadas nas vigas padrão V1 e V2, juntamente com as medições análogas das vigas V5

e V6.

Tal como já se tinha observado para as vigas V3 e V4, as vigas V5 e V6 apresentam uma

rigidez inicial e resistência consideravelmente superiores (em média 161,7% e 41%,

respectivamente) às existentes nas vigas padrão, confirmando-se assim os efeitos da colagem

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 5 10 15 20 25 30

Ca

rga

[kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central (V5)

Desl. Central (V6)


106

de laminados de CFRP no betão armado. De mencionar ainda o facto de, nas vigas reparadas,

não se ter observado uma redução tão significativa na rigidez provocada pela fendilhação do

betão como nas vigas padrão. Este facto pode ser resultado da acção do reforço no aumento

da rigidez da viga, atenuando a quebra da rigidez e do efeito do próprio reforço no controlo da

abertura de fendas que era o responsável por essa redução de rigidez.

Figura 4.42 - Deslocamentos registados pelos deflectómetros centrais nas vigas V1, V2, V5 e V6

Com maior relevância para o âmbito deste trabalho, e de forma a se poder analisar o efeito da

reparação do betão armado, previamente à aplicação do reforço, encontram-se representados

na Figura 4.43 os valores dos deslocamentos a meio-vão registados nos ensaios até à rotura

das vigas V3, V4, V5 e V6.

Figura 4.43 - Deslocamentos registadas pelos deflectómetros centrais nas vigas V3, V4, V5 e V6

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100

Ca

rga

[kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central (V1)

Desl. Central (V2)

Desl. Central (V5)

Desl. Central (V6)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50

Carg

a [kN

]

Deslocamento [mm]

Desl. Central (V3)

Desl. Central (V4)

Desl. Central (V5)

Desl. Central (V6)



107

Analisando os resultados da Figura 4.43, uma das conclusões que se pode retirar baseia-se no

facto de as vigas que foram sujeitas a reparação das fendas com injecção de resinas epóxidas,

apresentarem uma rigidez inicial superior às das vigas que não foram reparadas. Considerando

apenas a rigidez inicial, as vigas reparadas e reforçadas apresentaram, em média, uma rigidez

43% superior à das vigas apenas reforçadas. Não é possível afirmar que a reparação das vigas

tenha trazido benefícios ao nível da carga última de rotura, apesar da carga de rotura da viga

V5 ser claramente superior. Em média a carga de rotura das vigas reparadas e reforçadas foi

apenas 5% superior à das vigas apenas reforçadas. É também de notar que, para além do

verificado na viga V5, a deformação existente aquando da rotura da ligação do laminado é

bastante semelhante em ambos os tratamentos, pelo que as vigas reparadas tendem a sofrer

uma maior quebra na sua rigidez quando ocorre a cedência das armaduras.

Apresenta-se na Figura 4.44 as extensões observadas nas armaduras de tracção das vigas V5

e V6.


Observando os resultados da Figura 4.44, destaca-se, em primeiro lugar, a proximidade dos

resultados obtidos em ambos os ensaios, facto que já tinha sido verificado para os

deslocamentos das vigas. O desenvolvimento das extensões é aproximadamente linear, com

uma ligeira quebra de rigidez por volta dos 80 kN, sendo que, tal como se esperava, verificou-

se a cedência das armaduras para um carregamento de 140 kN. Um pormenor interessante

consiste nos valores de extensão das armaduras aquando da sua cedência, que rondam os

1800 μm/m, consideravelmente inferiores aos 2700 μm/m que se esperava e que foi verificado

nos ensaios anteriores. Este facto justifica-se com a existência de extensões residuais,

demonstradas na Figura 4.36. A presença das resinas no interior das fendas, impede a

recuperação total das vigas, pelo que as armaduras adquirem extensões residuais e,

naturalmente, tensões residuais de tracção. Visto que as armaduras já apresentam extensões

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Carg

a [kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. C (V5)

Ext. D (V5)

Ext. C (V6)

Ext. D (V6)


108

antes do inicio do carregamento até à rotura das vigas, é normal que a extensão de cedência

seja inferior à esperada, pelo que se pode de certa forma afirmar que a extensão residual das

armaduras era de aproximadamente 900 μm/m.

Os resultados das medições dos extensómetros colocados nas armaduras longitudinais de

compressão encontram-se representados na Figura 4.45

Da observação dos resultados da Figura 4.45 retira-se a disparidade entre os valores das

extensões de ambos os ensaios. Uma observação conjunta com a Figura 4.44 permite verificar

que, tal como já foi sugerido, a posição da linha neutra tem grande influência nas extensões

das armaduras de compressão. De notar ainda uma certa estabilidade nas extensões

verificadas após a cedência das armaduras de tracção para uma carga de 140 kN, que deveria

resultar em extensões superiores nas armaduras de compressão mas que são compensadas

pela subida da linha neutra.


Com base nos resultados obtidos nos extensómetros, observa-se nas Figuras 4.46 e 4.47 a

posição da linha neutra e a relação momento-curvatura com o decorrer do carregamento,

respectivamente.

Relativamente à posição da linha neutra nas vigas V5 e V6, os valores são consideravelmente

díspares, resultado da diferença observada nas extensões das armaduras de compressão. O

seu desenvolvimento indica que a linha neutra se eleva a um ritmo relativamente constante,

excepto quando se verifica a cedência das armaduras, onde, como se verificou nos restantes

ensaios, a linha neutra tem uma subida mais acelerada. Comparativamente com os ensaios

anteriores verifica-se que a linha neutra nas vigas V5 e V6 se encontra a um nível inferior,

consequência dos valores inferiores das extensões das armaduras de tracção, devido à

existência de extensões residuais.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

-800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

Carg

a [kN

]

Extensão [μm/m]

Ext. A (V5)

Ext. B (V5)

Ext. A (V6)

Ext. B (V6)



109


Figura 4.47 - Relações momento-curvatura nas vigas V5 e V6

Pelo contrário, os valores da curvatura das vigas revelam uma diferença mais reduzida, sendo

que também é necessário ter em conta a grandeza dos valores em questão. No que toca ao

seu desenvolvimento, observa-se um comportamento dentro do esperado, semelhante ao

verificado na extensão das armaduras de tracção.

Na Figura 4.48 encontram-se representadas as relações momento-curvatura das vigas V3, V4,

V5 e V6 para análise do efeito da reparação das fendas no mesmo âmbito.

Comparando os resultados obtidos nas diferentes vigas, pode-se afirmar que as vigas

reparadas possuem um comportamento menos linear no que toca à sua curvatura. No entanto,

na fase anterior à cedência das armaduras de tracção, os valores da curvatura das vigas

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Ca

rga

[kN

]

Posição [m]

Viga V5

Viga V6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Mo

me

nto

[kN

m]


Viga V5

Viga V6


110

encontram-se relativamente próximos pelo que não se identifica qualquer efeito considerável

da reparação das fendas no desenvolvimento da curvatura das vigas. Já na fase posterior à

cedência das armaduras de tracção, verifica-se que as vigas não reparadas apresentam

curvaturas bastante inferiores, resultado duma menor perda de rigidez. Deve ser ainda referido

que a curvatura é resulta duma medição local, numa secção, enquanto o deslocamento é um

parâmetro que, sendo também local, reflecte o comportamento global das vigas.

Figura 4.48 - Relações momento-curvatura nas vigas V3, V4, V5 e V6

Abordando a fendilhação das vigas durante o seu carregamento até à rotura apresenta-se na

Figura 4.49 as medições das aberturas das fendas realizadas nas vigas V5 e V6. Apesar de a

superfície do betão se encontrar algo alterada após as operações de reparação efectuadas

sobre o mesmo, foi igualmente realizada a identificação das fendas existentes antes do inicio

do ensaio, sendo que esta marcação é visível na Figura 4.50.

Figura 4.49 - Aberturas de fendas registadas nas vigas V5 e V6 nos ensaios à rotura

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Mo

me

nto

[kN

m]


Viga V3

Viga V4

Viga V5

Viga V6

0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Carg

a [kN

]


Viga V5

Viga V6



111

Os valores das aberturas de fendas que se observam na Figura 4.49 estão consideravelmente

afastados, devido principalmente às grandes diferenças na abertura inicial das fendas. Para

além do facto do desenvolvimento da fendilhação no betão possuir um carácter algo

imprevisível, a própria reparação das fendas, que assenta na penetração das resinas nas

fendas, está também condicionada pelo desenvolvimento das fendas e, por tal razão, não

garante um produto final constante para todas as fendas (uma maior penetração de resinas nas

fendas leva a menores recuperações da abertura de fendas aquando do descarregamento). De

notar ainda, que a medição das aberturas de fendas foram feitas em apenas uma fenda por

viga o que é pouco representativo. Tais factos podem ser justificativos da diferença das

aberturas de fendas após a reparação e subsequente descarregamento das vigas.

Procurando analisar o comportamento da fendilhação para os dois tipos de tratamentos

efectuados nas vigas, apresenta-se na Figura 4.51 os valores das medições das aberturas das

fendas observadas nos ensaios à rotura das vigas V3, V4, V5 e V6.

Figura 4.50 - Identificação das fendas na viga V6 previamente ao ensaio à rotura

Figura 4.51 - Aberturas de fendas registadas nos ensaios à rotura das vigas V3, V4, V5 e V6

0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Carg

a [kN

]


Viga V3

Viga V4

Viga V5

Viga V6


112

Como seria de esperar, verificam-se aberturas de fendas inicias superiores nas vigas

reparadas devido à presença da resina no interior das fendas e a consequente existência de

deformações residuais. O desenvolvimento das aberturas de fendas ao longo do carregamento

é semelhante nos dois tipos de vigas pelo que se assume que a operação de reparação não

produziu qualquer efeito neste campo. No entanto, se for feita a comparação dos resultados da

Figura 4.51 com os resultados obtidos nas vigas padrão, nota-se que as vigas reforçadas

apresentam uma variação de aberturas de fendas significativamente mais reduzida,

consequência da acção do sistema de reforço.

No que toca à propagação das fendas, são visíveis nas Figuras 4.52 e 4.53 as fendas

existentes no betão, das vigas V5 e V6, respectivamente, antes de se verificar a rotura do

laminado.



Comparativamente com as fendas verificadas nas vigas V3 e V4, pode-se afirmar que, para as

vigas reparadas, o número de fendas que surgem na zona inferior das vigas, quando sujeitas a

cargas mais elevadas, é relativamente inferior. Como se observou anteriormente, a variação

das extensões das armaduras de tracção foram inferiores nas vigas reparadas, o que pode

justificar o aparecimento de menos fendas para o mesmo carregamento.



113

4.2.4 Síntese de resultados

Este ponto do trabalho pretende sumarizar os vários resultados obtidos nos ensaios de carga

às vigas de betão armado de forma a analisar e comparar melhor o comportamento mecânico

dos diferentes tipos de vigas.

Na Tabela 4.4 encontram-se os resultados principais dos ensaios de carga às vigas padrão (V1

e V2), tendo como base as medições registadas pelo deflectómetro a meio-vão. Nesta tabela

as características Rigidez (I) e Rigidez (II) dizem respeito à rigidez das vigas padrão no estado

não fendilhado e no estado fendilhado, respectivamente.

Tabela 4.4 - Resultados principais obtidos nas vigas V1 e V2

Rigidez (I) Rigidez (II) Carga de cedência Carga de rotura

Viga V1 42,3 kN/mm 7,8 kN/mm 107,4 kN 125,0 kN

Viga V2 41,5 kN/mm 6,4 kN/mm 100,3 kN 111,9 kN

Média 41,9 kN/mm 7,1 kN/mm 103,9 kN 118,5 kN

Na Tabela 4.5 apresentam-se os principais resultados dos ensaios de carga às vigas apenas

reforçadas (V3 e V4) sendo feita a comparação entre estes resultados e os obtidos nas vigas

V1 e V2 (Gráfico 1). A comparação das propriedades mecânicas dos diferentes tipos de vigas é

feita com base nos valores médios obtidos para cada tipo de viga. Nas vigas reforçadas não é

considerada a carga de cedência, visto que a cedência das vigas é de certa forma inexistente

face ao efeito do sistema de reforço no seu comportamento mecânico. Relativamente à rigidez

das vigas reforçadas, considerou-se apenas a rigidez inicial das mesmas visto que a rigidez

das vigas reforçadas não é tão constante quanto a rigidez das vigas padrão.


Rigidez Carga de rotura

Viga V3 12,2 kN/mm 155,5 kN


Média 12,3 kN/mm 158,9 kN

Acréscimo face às vigas V1 e V2 73,2 % 34,1 %

Gráfico 1 – Comparação dos valores de rigidez e carga de rotura das vigas padrão e vigas apenas

reforçadas

0

5

10

15

Rigidez [kN/mm]

0

50

100

150

200

Carga de rotura [kN]

V1

V2

V3

V4


114

Por fim, apresenta-se na Tabela 4.6 os resultados principais dos ensaios de carga às vigas

reparadas e reforçadas (V5 e V6) sendo que é também analisado o acréscimo nas

propriedades mecânicas das vigas V5 e V6 face às vigas padrão e às vigas apenas reforçadas.

As considerações aplicadas aos valores da Tabela 4.5 aplicam-se da mesma forma aos valores

apresentados na Tabela 4.6.


Rigidez Carga de rotura



Média 17,6 kN/mm 167,1 kN



Gráfico 2 - Comparação dos valores de rigidez e carga de rotura das vigas padrão, vigas apenas reforçadas e vigas reparadas e reforçadas

0

5

10

15

20

Rigidez [kN/mm] 0

50

100

150

200

Carga de rotura [kN]

V1

V2

V3

V4

V5

V6



115

5 Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros

5.1 Conclusões

Os objectivos principais desta tese consistiram na análise da contribuição da reparação das

fendas, com injecção de resinas epóxidas, no comportamento mecânico de vigas de betão

armado posteriormente reforçadas com laminados de CFRP.

A investigação bibliográfica levada a cabo neste trabalho permitiu verificar que a reparação de

fendas no betão armado com recurso à injecção de resinas epóxidas é capaz de cumprir o

papel de restabelecer os níveis de desempenho inicias dos diferentes elementos de betão

armado, justificando assim, o elevado nível de utilização desta técnica perante a anomalia em

questão.

Na observação dos resultados da campanha experimental, nomeadamente os ensaios de

carga nas diferentes vigas, não é clara a mais-valia da reparação das fendas no acréscimo de

resistência por comparação com a simples aplicação do sistema de reforço, sem qualquer

tratamento precedente. Por outro lado, a rigidez inicial observada nas vigas reparadas é

claramente superior à das vigas apenas reforçadas.

No que toca à resistência última, ambas as vigas reparadas apresentaram valores superiores,

embora apenas uma delas se tenha destacado relativamente aos valores obtidos nas vigas

apenas reforçadas, o que deixa algumas dúvidas quanto à influência da reparação das fendas

neste parâmetro.

Com um comportamento mais distinto e considerando apenas a fase anterior à cedência das

armaduras, verificou-se uma rigidez inicial 43% superior nas vigas reparadas, apresentando

deformações inferiores para o mesmo nível de carregamento. Todavia, nas mesmas vigas,

para além de se assistir à cedência das armaduras de tracção para cargas inferiores, a

redução de rigidez após a cedência das armaduras é mais notória, pelo que, perto do ponto de

rotura, a deformação das vigas é semelhante em ambos os tipos de tratamento. Deve ser ainda

tida em conta a existência de deformações residuais nas vigas reparadas, resultado do efeito

das resinas epóxidas na recuperação elástica (apenas parcial) das vigas após a descarga das

mesmas para aplicação do reforço.

Por outro lado, a introdução de resinas nas fendas trouxe benefícios referentes à fendilhação

do betão, visto que se verificou um reduzido surgimento de novas fendas para as vigas

reparadas, ao contrário do verificado nas vigas que não foram alvo de reparação, onde foi

observável o aparecimento de fendas na zona inferior das vigas, diminuindo o espaçamento

entre as mesmas.

Conclusões e perspectivas de desenvolvimentos futuros

116

Não tendo sido comprovado de forma evidente o aumento da resistência mecânica por parte

das vigas reparadas, continua a ser aconselhável a reparação das fendas com injecção de

resinas, antes da aplicação do reforço. Um elemento estrutural de betão armado que apresente

fendas, encontra-se, na maioria dos casos, com um risco superior de corrosão das suas

armaduras, pelo que o preenchimento das fendas com resinas epóxidas permite reverter esta

situação, garantindo a protecção das armaduras. Como foi referido no estado de arte deste

trabalho, existem outras técnicas e materiais que também podem ser utilizados com o objectivo

de proteger as armaduras, embora não sejam recomendados para reparação estrutural.

Considerando ainda que, nesta situação, a utilização de outros materiais de injecção também

conduz à existência de deformações residuais na viga, a execução de uma reparação

estrutural com injecção de resinas epóxidas considera-se mais recomendável.

5.2 Perspectivas de desenvolvimentos futuros

Os fabricantes dos materiais de preenchimento de fendas têm vindo a disponibilizar no

mercado uma variedade cada vez maior de produtos de reparação de betão armado de modo a

fazer face à diversidade de situações patológicas que são passíveis de se encontrar. Os

desenvolvimentos e inovações verificadas neste âmbito têm em vista, na maioria dos casos,

um melhor desempenho das técnicas e dos materiais aplicados relativamente ao seu papel na

reparação do betão armado, pelo que a interacção destes com futuros sistemas de reforço, que

venham a ser utilizados, não tem sido alvo de grande investigação.

Sugere-se então a realização de estudos complementares de modo a obter uma noção mais

clara e abrangente desta problemática e poder assim optimizar as operações de reforço

estrutural em betão armado. Para tal, e tendo em conta que não ficou totalmente provado o

incremento de resistência por parte das vigas reparadas, propõe-se a realização de um estudo

idêntico ao deste trabalho, tendo como alvo de investigação um maior número de vigas para

ensaio. Outros trabalhos passíveis de realização, para melhor compreensão dos diversos

factores em causa, podem passar pelo estudo da influência do tipo de reforço aplicado, ou

como foi referido, pela verificação do comportamento de vigas reforçadas que tenham sido alvo

de técnicas de reparação diferentes, tais como a simples selagem das fendas ou o

preenchimento das mesmas como outro tipo de material. Sugere-se também o estudo desta

problemática através do desenvolvimento de modelos numéricos que consigam ter em conta a

fendilhação do betão e as diferentes particularidades do sistema de reforço aplicado.



117

Referências bibliográficas

[1] Bhikshma, V., Koti Reddy, M., Sunitha, K., “Experimental study on rehabilitation of RC

beams using epoxy resins”, Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing),

Vol. 11, No 4, pp 533-542, 2010.

[2] Brito, J., Flores, I., “Diagnóstico, patologia e reabilitação de construções em betão

armado, Apontamentos da cadeira de Patologia e Reabilitação da Construção”, Instituto

Superior Técnico, 2005.

[3] ACI 364.1R-94, “Guide for Evaluation of Concrete Structures Prior to Rehabilitation”,

American Concrete Institute, 1999.

[4] 3dchem, http://www.3dchem.com/molecules.asp?ID=326, visitado em 10/04/11.

[5] Valivonis, J., Skuturna, T., “Cracking and strength of reinforced concrete structures in

flexure strengthened with carbon fibre laminates”, Journal of Civil Engineering and

Management, Vol. XIII, No 4, pp 317-323, 2007.

[6] Helene, P., “Manual para Reparo, Reforço e Protecção de Estruturas de Concreto,

Editora PINI, 1992.

[7] Gonilha, J. M., “Juntas Estruturais em Edifícios Grandes em Planta”, Tese de Mestrado

em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, 2008.

[8] Portland Cement Organization, http://www.cement.org/tech/faq_cracking.asp, visitado em

10/04/2011

[9] Costa, A., Appleton, J., “Patologia do Betão Armado – Anomalias e Mecanismos de

Deterioração”, Apontamentos da cadeira de Reabilitação e Reforço de Estruturas,

Instituto Superior Técnico, 2010.

[10] FIB – Bulletin 2, “Structural Concrete. Textbook on Behaviour, Design and Performance.

Updated knowledge of the CEB/FIP Model Code 1990. Basis of Design”. Vol. 2, 1999.

[11] Santos, T., “Estratégias para Reparação e Reforço de Estruturas de Betão Armado”,

Tese de Mestrado em Projecto de Estruturas e Geotecnia, Escola de Engenharia da

Universidade do Minho, 2008.

[12] Castro, J., Martins, J., “Patologia do Betão, Reparação e Reforço de Estruturas”,

Universidade Fernando Pessoa, 2006.

[13] Magnum Pumps, http://www.magnumpumps.com/applications/shotcrete.aspx, visitado

em 10/9/2011


118

[14] Chastre Rodrigues, C., “Comportamento às Acções Cíclicas de Pilares de Betão Armado

Reforçados com Materiais Compósitos”, Tese de Doutoramento em Engenharia Civil -

Estruturas, Universidade Nova de Lisboa, 2005.

[15] ACI 224.1R-93, “Causes, Evaluation and Repair of Cracks in Concrete Structures”,

American Concrete Institute, 1998.

[16] OZ – Diagnóstico, Levantamento e Controlo de Qualidade em Estruturas e Fundações,

Lda, “1F 031 – Monitorização da abertura de fissuras e fendas com fissurómetro

simples”, Ficha Técnica.

[17] Appleton. J. Costa, A., “Modulo 5 - Reabilitação e reforço de estruturas”, Apontamentos

da cadeira de Reabilitação e Reforço de Estruturas, Instituto Superior Técnico.

[18] Broms, B. B., “Technique for Investigation of Internal Cracks in Reinforced Concrete

Members”, ACI Journal, Vol. 62, No. 1, pp 35-43, Janeiro 1965.

[19] Goto, Y., Otsuka, K., “Studies on Internal Cracks Formed in Concrete Around Deformed

Tension Bars, ACI Journal, Vol. 68, No. 4, pp. 244-251, Abril 1971.

[20] SIKA Portugal, S.A., “Sistemas de injecção Sika® - Selagem de infiltrações em estruturas

de betão”, Informação Técnica nº037, 2009.

[21] Lúcio, V., “Estado Limite de Fendilhação, Apontamentos da cadeira de Estruturas de

Betão Armado I”, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2006.

[22] Appleton, J., “Módulo 3 - Verificação do Comportamento em Serviço (Estados Limites de

Utilização – SLS), Folhas de apoio às aulas de Estruturas de Betão I”, Instituto Superior

Técnico, 2010.

[23] Domel, A. W. Jr, Gogate, A. B., “Circular Concrete Tanks Without Prestressing”, Portland

Cement Association, 1993.

[24] Smoak, W., “Guide to Concrete Repair”, United States Department of the Interior, Bureau

of Reclamation, 2002.

[25] Catarino, J. M., “Normalização europeia no âmbito da reparação”, documento disponível

em http://www.civil.ist.utl.pt/~cristina/EBAP/DocumentosProfAntCosta/Normalizacao

Europeia_JMCatarino.pdf, visitado em 10/04/2011.

[26] Selwitz, C., “Epoxy Resins in Stone Conservation”, The Getty Conservation Institute,

1992.

[27] Wisegeek, http://www.wisegeek.com/what-is-polyurethane-resin.htm, visitado em

10/04/2011.



119

[28] Bayer Coatings, http://www.bayercoatings.com/BMS/DB-RSC/BMS_RSC_CAS.nsf/id/

COEN_Construction, visitado em 10/04/2011.

[29] Accurate Construction Ltd., http://www.basementcrackrepair.ca/, visitado em 10/04/2011.

[30] Koster Sistemas de Impermeabilização, “Crack Repair and Crack Injection Systems”,

Brochura disponivel em http://www.koster.pt/files/de_en/KOESTER-Systembrochure-

Crack-Repair-and-Crack-Injection-Systems.pdf, visitado em 10/04/2011.

[31] Johnston, R., “Low-cost equipment makes crack injection affordable”, The Aberdeen

Group, 1993.

[32] Hi-Bond Construction Ltd, http://www.hibondconstruction.com/epoxy.html, visitado em

10/04/2011.

[33] ACI RAP-1, “Structural Crack Repair by Epoxy Injection, Field Guide to Concrete Repair

Application Procedures”, American Concrete Institute, 2003.

[34] Lily Corporation, “Vacuum Assisted Pressure Injection vis-à-vis Unassisted Pressure”,

documento disponivel em http://www.lilycorp.com/articles/VacuumInjection.pdf, visitado

em 10/04/2011.

[35] Y&K Tech Co, Ltd, http://www.ynktech.com/eng/com/com_01.php, visitado em

10/04/2011.

[36] Hewlett, P., Morgan, J., “Static and Cyclic Response of Reinforced Concrete Beams

Repaired by Resin Injection”, Cementation Research Limited, nº118, 1982.

[37] Chung, H. W., “Epoxy-Repaired Reinforced Concrete Beams”, ACI Journal, Vol.72, No. 5,

pp 233 – 234, 1975.

[38] Issa, C., Debs, P., “Experimental study of epoxy repairing of cracks in concrete”,

Construction and Building Materials, No. 21, pp 157- 163, 2007.

[39] Bank, L.C., “Composites for construction: Structural design with FRP materials”, Wiley,

Hoboken, NJ, 2006.

[40] Barros, J., “Materiais Compósitos no Reforço de Estruturas”, Universidade do Minho,

2004.

[41] Gemert, D., Ignoul, S., Brosens, K., “Strengthening of concrete constructions with

externally bonded reinforcement: Design concepts and case studies”, IMTCR 2004

innovative materials and technologies for construction and restoration, University of

Lecce, Italy, 2004.


120

[42] S&P – Clever Reinforcement Company AG, http://www.sp-reinforcement.ch/menu-2/frp-

fiber-reinforced-polymer/application-areas-references/flexural/?L=1, visitado em

10/04/2011.

[43] FIB – Bulletin 14, “Externally bonded FRP reinforcement for RC structures”, 2001.

[44] ACI 440 2R-08, “Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP

Systems for Strengthening Concrete Structures”, American Concrete Institute, 2008.

[45] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “Design Guide Line for S&P FRP Systems”,

Ficha Técnica. 2007.

[46] Technical Report 55, “Design guidance for strengthening concrete structures using fibre

composite materials”, The Concrete Society, 2004.

[47] SIKA Portugal, S.A., “Sikadur®-52 Injection – Resina de epoxi de baixa viscosidade para

injecções”, Ficha de produto, Julho 2007.

[48] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “S&P Laminates CFK”, Ficha de produto,

Julho 2007.

[49] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “S&P Resin 220 epoxy adhesive – Two

component epoxy-resin based adhesive for S&P FRP Systems”, Ficha de produto,

Janeiro 2008.

[50] European Committee for Standardization (CEN), “EN12390-2 – Testing Hardened

Concrete – Part 2: Making and curing specimens for strength tests”, CEN, Brussels,

October 2000.

[51] S&P – Clever Reinforcement Company AG, “Guide for the application of S&P FRP

Systems”, Ficha Técnica, Outubro 2006.

[52] ASTM International, “ASTM C496 / C496-11 Standard Test Method for Splitting Tensile

Strength of Cylindrical Concrete Specimens” Vol. 04.02, 2011.



121

6 Anexos

A. Sikadur®-52 Injection

Anexos

122

Ficha de Produto Edição de Julho de 2007 Nº de identificação: 6.32 Versão nº 7 Sikadur®-52 Injection

1/3 Sikadur®-52 Injection

Construction

Sikadur®-52 Injection Resina de epoxi de baixa viscosidade para injecções

Descrição do produto

Sikadur®-52 Injection é um fluído de baixa viscosidade para injecção, à base de

resinas epoxi de elevadas resistências, em dois componentes e sem solventes.

Utilizações � Como resina de injecção em betão, argamassa, pedra, aço e madeira. � Enchimento e selagem de cavidades e fissuras em elementos estruturais como

pilares, vigas, fundações, lages e estruturas em betão para contenção de água. � Forma uma barreira eficaz contra a infiltração de água. � Reconstituição monolítica de estruturas em betão através de colagem estrutural.

Características / Vantagens

� Isento de solventes. � Pode ser utilizado sobre superfícies secas ou húmidas. � Aplicável a baixas temperaturas. � Endurece sem retracção. � Altas resistências mecânicas e elevada aderência. � Duro mas não quebradiço. � Muito baixa viscosidade – elevada capacidade de penetração. � Injectável com bombas monocomponentes.

Certificados / Boletins de ensaio

Cumpre os requisitos da norma ASTM C 881-78, tipo 1, grau 1, classe B+C.

Dados do produto

Aspecto / Cor Componente A: amarelo translúcido. Componente B: acastanhado. Mistura A+B: amarelo translúcido.

Fornecimento 1 e 5 kg.

Armazenagem e conservação

O produto conserva-se durante 2 anos a partir da data de fabrico, na embalagem original não encetada. Conservar em local seco e ao abrigo da luz solar directa.

Dados técnicos

Base química Resina de epoxi modificada.

Massa volúmica Componente A: Aprox. 1,1 kg/dm3 (a +20 ºC).

Componente B: Aprox. 1,0 kg/dm3 (a +20 ºC).

Mistura A+B (2:1): Aprox. 1,1 kg/dm3 (a +20 ºC).

Viscosidade Temperatura Mistura A+B (2:1)

+10 ºC Aprox. 1200 mPa.s




Coeficiente de dilatação térmica

Aprox. 89 x 10-6, por ºC (de -20 ºC a +40 ºC). (EN ISO 1770)

Propriedades físicas / Mecânicas

Resistência à compressão

Aprox. 52 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (ASTM D 695-96)

Resistência à flexão Aprox. 61 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (DIN 53452)

Resistência à tracção Aprox. 37 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (ISO 527)

Tensão de aderência Sobre betão: (DafStb-Richtlinie, parte 3)

> 4 N/mm2 (ruptura coesiva no betão, após 7 dias a +23 ºC).

Módulo de elasticidade, E Aprox. 1800 N/mm2 (após 7 dias a +23 ºC). (estático) (DIN 53452)

Informações sobre o sistema

Pormenores de aplicação

Consumo 1 kg de Sikadur®-52 Injection equivale aproximadamente a 1 l de resina de injecção.

Preparação da base Requisitos da base: Deve estar sã, limpa, sem óleos ou gorduras, e sem resíduos de antigos revestimentos de protecção.

Preparação para uma boa aderência: Betão, argamassa e pedra devem ser lavados com jacto de água de alta pressão ou outro método mecânico adequado (lixagem, picagem, etc.). As fissuras devem ser limpas com ar comprimido para remoção integral de poeiras.

Condições de aplicação / Limitações

Temperatura da base e ambiente

Mínima: +5 ºC. / Máxima: +30 ºC.

Humidade da base A base pode estar húmida mas sem água visível.

Instruções de aplicação

Relação de mistura Componente A : B = 2 : 1 (partes em peso ou em volume).

Mistura Embalagens pré-doseadas: Adicionar todo o componente B ao componente A. Misturar durante pelo menos 3 minutos com um misturador eléctrico de baixa rotação (máx. 250 rpm). Evitar a introdução de ar durante a mistura.

Aplicação Fissuras em planos horizontais: Aplicar o produto sobre a fissura com um pincel até à saturação ou vazar Sikadur

®-

52 Injection sobre a fissura, delimitando a área de vazamento com duas “barreiras” feitas com Sikaflex

®. As fissuras que atravessem toda a espessura da estrutura

devem ser seladas pela face inferior com Sikadur®-31 CF ou com argamassas Sika

®

de base cimentosa.


Fissuras em planos verticais: Sikadur

®-52 Injection pode ser injectado sob pressão em fissuras utilizando bombas

de injecção monocomponentes, como p. ex. Aliva AL-1200 ou AL-1250. Os injectores devem ser colocados espaçados em 25 cm e a fissura deve ser selada superficialmente com Sikadur

®-31 CF, de forma a evitar fugas de resina durante o

processo de injecção. As fissuras devem ser injectadas de baixo para cima. Assim que a resina refluir pelo segundo injector, deve selar-se o primeiro e continuar o processo de injecção pelo seguinte. Findo o processo de injecção e após polimerização (24 horas, a 20ºC), remover os injectores e o material de selagem.

Limpeza de ferramentas Limpar imediatamente após utilização com Soluto de Limpeza Colma. O material endurecido só pode ser removido mecanicamente.

Tempo de vida útil da mistura (pot-life)

Temperatura Pot-life (1 kg de mistura A+B)

+5 ºC Aprox. 120 minutos




+40 ºC -

Importante Largura máxima das fissuras a injectar: 5 mm. Sikadur

®-52 Injection é adequado para utilização sobre bases húmidas ou secas,

mas não é possível utilizar na presença de água.

Nota Todos os dados técnicos referidos nesta Ficha de Produto são baseados em ensaios laboratoriais. Ensaios realizados noutras condições para determinação das mesmas características podem dar resultados diferentes devido a circunstâncias que estão fora do nosso controlo.

Risco e segurança

Medidas de segurança Sikadur®-52 Injection é inerte e inócuo depois de curado.

No estado líquido, o componente B pode causar irritação em pessoas com pele sensível. Usar luvas e óculos de protecção. Se a pele for contaminada, lavar com água e sabão e com uma solução de vinagre. Se por acidente Sikadur

®-52 Injection salpicar para os olhos, lavar de imediato com

muita água limpa e morna e consultar o médico imediatamente. Para mais informações, consultar a Ficha de Dados de Segurança do produto e respectivo rótulo.

"O produto está seguro na Cª Seguros XL Insurance Switzerland (Apólice nºCH00003018LI05A), a título de responsabilidade civil do fabricante".

A informação e em particular as recomendações relacionadas com aplicação e utilização final dos produtos

Sika, são fornecidas em boa fé e baseadas no conhecimento e experiência dos produtos sempre que

devidamente armazenados, manuseados e aplicados em condições normais, de acordo com as

recomendações da Sika. Na prática, as diferenças no estado dos materiais, das superfícies, e das condições

de aplicação em obra, são de tal forma imprevisíveis que nenhuma garantia a respeito da comercialização ou

aptidão para um fim em particular, nem qualquer responsabilidade decorrente de qualquer relacionamento

legal, poderão ser inferidas desta informação, ou de qualquer recomendação por escrito, ou de qualquer

outra recomendação dada. O produto deve ser ensaiado para aferir a adequabilidade do mesmo à aplicação

e fins pretendidos. Os direitos de propriedade de terceiros deverão ser observados. Todas as encomendas

aceites estão sujeitas às nossas condições de venda e de entrega vigentes. Os utilizadores deverão sempre

consultar a versão mais recente da nossa Ficha de Produto específica do produto a que diz respeito, que

será entregue sempre que pedida.

Construction

Sika Portugal, SA R. de Santarém, 113 4400-292 V. N. Gaia Portugal

Tel. +351 22 377 69 00 Fax +351 22 370 20 12 www.sika.pt

Anexos

126



127

B. Emaco S88

Anexos

128

Emaco S88 Tixotrópico Argamassa de elevada compatibilidade com o betão, para repara-ções estruturais. Descrição EMACO S88 Tixotrópico é uma argamassa à base de cimento, agregados seleccionados, aditivos especiais e fibras sintéticas de poliacrilonitrilo. Campos de aplicação • Aplicável em interiores, exteriores, na vertical e na hori-

zontal. • Reparações em elementos estruturais (vigas de betão

armado ou pré-esforçado sob acção de cargas estáticas ou dinâmicas).

• Reparação de qualquer tipo de betão deteriorado. • Trabalhos de manutenção em portos e outras obras marí-

timas. • Trabalhos de manutenção em indústrias mecânicas,

nomeadamente em presença de óleos minerais, lubrifi-cantes, etc.

• Protecção do betão contra a agressividade da água con-tendo sulfatos e cloretos, etc.

Para outras aplicações contactar a BASF C. C. Portugal. Vantagens • Elevadas resistências mecânicas, tanto iniciais como

finais. • Retracção compensada. • Tixotrópico • Não contém cloretos nem agregados metálicos. • Boa trabalhabilidade. Sem exsudação • Elevada aderência ao betão com ponte de união. • Excelente durabilidade em ambientes agressivos. • Pronto a usar apenas necessita de ser misturado c/ água. • Reduzida absorção de água por capilaridade • Elevada impermeabilidade. • Permeável ao vapor de água • Elevada resistência à carbonatação • Elevada compatibilidade dimensional com o betão • Elevada compatibilidade química e electroquímica com o betão.

Características técnicas

Densidade da argamassa: aprox. 2,2 g/cm3 Água de amassadura aprox.: 3,8 l / saco 25 Kg Temperatura de aplicação (supor-te e material):

+5 a +30ºC

Tempo de maturação: aprox. 3 min. Tº de trabalhabilidade: aprox. 60 min. Espessuras aplicáveis: 10 a 40 mm Absorção capilar, UNE-EN 13057:

< 0,5 Kg/m2/h0,5

Resistência à carbonatação, UNE-EN 13295:

< 1 mm (betão padrão 4,8)

Conteúdo de cloretos, UNE-EN 1015-17:

< 0,05 %

R. à compressão, UNE-EN 12190 após 1 dia: após 7 dias: após 28 dias:

aprox. 25 N/mm2

aprox. 55 N/mm2

aprox. 70 N/mm2 R. à flexotracção, UNE-EN 12190

após 1 dia: após 7 dias: após 28 dias:

aprox. 5 N/mm2

aprox. 9 N/mm2

aprox. 10 N/mm2

BASF Construction Chemicals Portugal, S.A. Sede: R. de S. Sebastião, 57 - Cabra Figa - 2635-047 RIO DE MOURO - T. 21 915 85 50 - F. 21 915 88 63

D. Norte: R. do Comércio, lote 185 - 4785-706 TROFA - T. 252 450 885 - F. 252 413 720 www.basf-cc.pt

M. elasticidade após 28 dias, UNE-EN 13412:

aprox. 32.000 N/mm2

Aderência ao betão, UNE-EN 1542:

> 2,2 N/mm2

Aderência ao betão após ciclos térmicos, UNE-EN 13687:

> 2,2 N/mm2

Expansão, UNE-EN 12617-4: < 0,08%

Retracção, UNE-EN 12617-4: < 0,08 %

Tempos de endurecimento obtidos a 22ºC e 65% de H.R. com excepção daqueles resultados que indicam parâmetros diferentes. Temperaturas superiores e/ou humidades infe-riores podem reduzir estes tempos e vice-versa. Os dados técnicos são fruto de resultados estatísticos e não represen-tam mínimos garantidos. Modo de aplicação Preparação da base: a superfície de aplicação deverá estar sã, firme (resistência à tracção mínima de 1 N/mm2) e livre de óleos, gorduras, pinturas antigas, descofrantes e produ-tos de cura. A leitada e o betão deteriorado devem ser eli-minados por meios mecânicos, até obter uma superfície com irregularidades de pelo menos 5 mm, com o objectivo de proporcionar à argamassa a aderência necessária. A decapagem deve ser suficiente para conseguir uma pro-fundidade de reparação com o mínimo de 1 cm. Se a pro-fundidade de reparação é superior a 20 mm deve fixar-se uma malha electrosoldada no betão a tratar, deixando um espaço entre ambos através de separadores. Se o enchi-mento é inferior a 20 mm não é necessária a colocação da malha. No caso de existirem armaduras à vista deverão ser deca-padas com jacto de areia e deverá ser aplicada protecção anti-corrosiva LEGARAN. Se se utiliza LEGARAN como ponte de união é necessário que o suporte esteja seco. Ponte de união: para assegurar a boa aderência do EMACO S88 TIXOTRÓPICO, pode aplicar-se uma ponte de união como REPAHAFT (sobre suportes húmidos) ou LEGARAN (sobre suportes secos). O EMACO S88 TIXOTRÓPICO deve aplicar-se sobre a ponte de união fresca, ou seja antes de 30 min. no caso do REPAHAFT e antes de 3 h no caso do LEGARAN. A aplicação de ponte de união não é imprescindível em aplicações por projecção. Mistura: juntar o produto à água correspondente, pouco a pouco, misturando com agitador tipo M34 ou betoneira ade-quada, durante no mínimo 4 minutos até obter uma arga-massa homogénea e sem grumos. Colocação da argamassa: depois de amassado, o EMACO S88 TIXOTRÓPICO pode aplicar-se com talocha ou por projecção. No caso da aplicação sobre ponte de união deve

realizar-se enquanto esta estiver fresca. Compactar e/ou alisar de acordo com o tipo de aplicação. Não juntar mais água à argamassa que tenha perdido a sua consistência uma vez que perderia as suas propriedades No caso de serem aplicadas várias camadas de argamassa deve aplicar-se a segunda antes que termine a presa da primeira ou lixar a superfície endurecida e aplicar ponte de união. Cura: as argamassas hidráulicas devem ser curadas com água ou aplicação de um produto de cura da gama BASF para evitar a evaporação da água de hidratação. A cura é imprescindível em quaisquer condições ambientais, deven-do ser incrementada em caso de sol, vento ou tempo seco. Limpeza de ferramentas: A limpeza pode ser feita com água, enquanto o produto estiver fresco. Depois de endurecido só pode ser removido mecanicamente. Rendimento / Dosagem O consumo é de aproximadamente 2,2 Kg de argamassa amassada por m2 e mm de espessura (aprox. 1,8 kg de argamassa seca por m2 e mm de espessura). Este consu-mo é teórico e depende da rugosidade do suporte devendo ser ajustado a cada obra em particular através da realiza-ção de ensaios. Embalagem e armazenamento EMACO S88 TIXOTRÓPICO é fornecido em sacos de 25 Kg. Armazenar em local fresco e seco, nas embalagens ori-ginais fechadas até 12 meses aproximadamente. Precauções de segurança Este produto contém cimento que ao reagir com a água e/ou humidade forma produtos alcalinos. Salpicos desta mistura podem provocar irritações na pele e/ou queimadu-ras nos olhos e mucosas. Para a sua manipulação deve usar-se protecção para os olhos. Não é um produto de transporte rodoviário perigoso. Deve ter-se em conta • Não aplicar sobre bases a temperaturas inferiores a

+5°C ou superiores a +30°C. • Não adicionar cimento, areia ou substâncias que possam

afectar as propriedades do material. • Não adicionar mais água nem reamassar a argamassa

que tenha perdido a sua consistência. • Não é aconselhável a utilização de jacto de areia uma

vez que com este método não se conseguirá a irregulari-dade mínima de 5 mm na superfície.

Não aplicar em zonas submetidas a contaminação por sul-fatos. Nestas circunstâncias aplicar produtos do Sistema Kana.

Revisão 0 em Outubro de 2006 A presente Ficha Técnica perde a sua validade com a emissão de uma nova edição. O aconselhamento técnico sobre como usar os nossos produtos, verbal ou de forma escrita, é baseado nos nossos melhores conhecimentos científicos e práticos. Não são assumidas quaisquer garantias e/ou responsabilidades em relação aos resultados finais dos trabalhos executados. O dono de obra, o seu representante ou o empreiteiro, devem verificar a adequabilidade dos nossos produtos aos usos e finalidades pretendidas, bem como as dosagens e consumos.



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C. S&P Laminates CFK

Anexos

132

S&P Laminates CFK Prefabricated carbon fibre plates 07/07 • Technical data of S&P Laminates CFK Type: S&P Laminates CFK 150 / 2000 Type: S&P Laminates CFK 200 / 2000 Surface-applied laminates:

Laminate type Cross section

Tensile strength at elongation 0.6 %

Tensile strength at elongation 0.8 %

150/2000 Modulus of elasticity:

>165'000 N/mm2

(average)

[mm2] Theoretical tensile

strength for the design:

1000 N/mm2

Theoretical tensile strength for the design:

1300 N/mm2

50 / 1.2 60 60.0 kN 78.0 kN 50 / 1.4 70 70.0 kN 91.0 kN 60 / 1.4 84 84.0 kN 109.2 kN 80 / 1.2 96 96.0 kN 124.8 kN 80 / 1.4 112 112.0 kN 145.6 kN 90 / 1.4 126 126.0 kN 163.8 kN 100 / 1.2 120 120.0 kN 156.0 kN 100 / 1.4 140 140.0 kN 182.0 kN 120 / 1.2 144 144.0 kN 187.2 kN 120 / 1.4 168 168.0 kN 218.4 kN

200/2000 Modulus of elasticity:

>210’000 N/mm2

(average)

[mm2] Theoretical tensile

strength for the design:

1250 N/mm2

Theoretical tensile strength for the design:

1650 N/mm2

50 / 1.4 70 87.5 kN 115.5 kN 60 / 1.4 84 105.0 kN 138.6 kN 80 / 1.4 112 140.0 kN 184.8 kN 90 / 1.4 126 157.5 kN 207.9 kN 100 / 1.4 140 175.0 kN 231.0 kN 120 / 1.4 168 210.0 kN 277.2 kN

Slot-applied laminates:

Laminate type Cross section

Recommended tensile strength for the design:

150/2000 Modulus of elasticity: >165 kN/mm2

(average) [mm2]

Recommended tensile strength for the design: 1650 N/mm2

10 / 1.4 14 23.1 kN 20 / 1.4 * 28 46.2 kN 200/2000

Modulus of elasticity: >210 kN/mm2

(average) [mm2]

Recommended tensile strength for the design: 2050 N/mm2

10 / 1.4 * 14 28.7 kN 20 / 1.4 * 28 57.4 kN

*) Upon request, only larger quantities!

• Delivery Rolls of 100 m, 150 m or cut to size. An unwinding reel is available upon request. Special dimensions upon request.

• Application S&P Laminates CFK are used as externally bonded reinforcement for flexural strengthening of load-bearing elements made of RC-structures, wood and natural stone.

• Application areas

Retrofitting of RC-structures to new requirements: - Modifications in the static system - Increase of working load

Enhancement of the performance capability: - Reduction of deflection - Absorbing of vibrations - Seismic retrofitting

Repairs to defective RC-structures: - Damage caused by corrosion - Accidents, e.g. fire, impact, explosion, etc. - Planning and execution errors

• Advantages

- Low dead weight - Low application thickness - Economical application without lifting gear or placing and support devices - Very high strength - High modulus of elasticity - Excellent fatigue behaviour - Corrosion resistance - Can be coated with paints

• Special CFK laminates, e.g. with a modulus of elasticity of 300,000 N/mm2, are

available upon request. However, the application of these high modulus laminates is not economical as the utilisation of their tensile strength is only marginal.

As of all other technical indications and information provided by us, the only purpose of this data sheet is to describe the nature of this product, as well as its possible applications and fields of use. However, it does not guarantee certain properties of this product or its suitability for a determined purpose of application; furthermore, the directions for use given in this data sheet are not complete. Since this data sheet is subject to modification, it is the duty of our clients to ensure that they refer to the latest version. The updated data sheets can be obtained at all times from all our locations. In addition, the current general terms of business are applicable.

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135

D. S&P Resin 220

Anexos

136

S&P Resin 220 epoxy adhesive Two-component epoxy resin-based adhesive for S&P FRP Systems 01/08 Areas of application • pressure-bonding • S&P laminates CFK on concrete and steel Product description S&P Resin 220 epoxy adhesive is a solvent-free, thixotropic, grey two-component epoxy resin adhesive that has been specially developed for bonding carbon fibre laminates (S&P laminates CFK). The material characteristics of the fresh and hardened adhesive are designed specifically to satisfy the special requirements of the S&P structural component reinforcement system. The adhesive has been system-tested as a compound for the FRP Lamella dimensioning software. Advantages • ready-to-use (no need to add filler) • convenient pot life • high adhesive strength and bond strength • thixotropic, so does not run or drip • bonds to damp substrates • high mechanical strength • hardens with minimum shrinkage • solvent-free Substrate preparation Reinforcement may only take place if the substrate for the laminates CFK has an inherent tensile strength of at least 1.5 N/mm². The substrate must be free from substances which may impair adhesion (oil, grease, wax, etc.), and must additionally be dust-free, clean, more or less dry and sound. Max. substrate humidity: 4 % Age of concrete depending on climate: at least 3 to 6 weeks. Important points When reinforcing structural components with the S&P FRP System, it must be possible to transmit the tensile forces from the laminates to the load-bearing substrate through the adhesive. Mechanical processing (cleaning) of the substrate is therefore always essential. The usual methods, such as grinding, milling, sandblasting, etc, may be used. Any unevenness in the substrate must be eliminated before the laminates CFK are fitted. This operation is essential to prevent any deflection forces arising under tension. Variation in level must not exceed 0.5 cm over a length of 200 cm. Suitable material: S&P Resin 230 levelling mortar. Application Mixing: Stir the individual components separately and then add component A to component B and mix thoroughly until the colour is uniformly grey and free of any streaks. Place the mixed material in a different container in order to reveal any inadequacies in the mix. Mix slowly to minimise air inclusions. Mixing ratio: Comp. A : Comp. B = 4 : 1 by weight and volume Pot life approx. 60 minutes at +20 °C Before the adhesive is applied, the surface of the laminate must be cleaned with a cloth soaked in S&P Cleaner. Where appropriate, first apply a layer of adhesive onto the substrate with a spatula to a thickness of approx. 1 mm. Apply adhesive uniformly onto the laminate in a "roof" shape in a layer approx. 2 mm thick.

Within the time the adhesive remains workable, press the laminate into the layer of adhesive previously applied and bed it in uniformly with a pressure roller until adhesive is pressed out of the joint on both sides. Residual minimum adhesive thickness: 1 mm, maximum thickness: 3 mm. Important points Adhesive is best applied to the laminate using a special gluing set. After the adhesive has hardened, check for bonding over the entire area by tapping. Fire protection requirements must be complied with, as epoxy adhesives generally have limited temperature resistance. The surface of the laminates may be painted over to ensure visual uniformity. Cleaning Material which has not yet hardened can be washed off with S&P Cleaner. Material which has hardened can be removed only by mechanical means. Safety instructions Please refer to the safety, hazard and disposal instructions in the safety data sheet and on the container label. Consumption Approx. 1.75 kg/m²/mm Technical data Form Paste Comp. A and B Colour light grey Comp. A black Comp. B Density approx. 1.75 g/cm³ Comp. A approx. 1.75 g/cm³ Comp. B approx. 1.75 g/cm³ A+B mixed Mixing ratio. A:B 4 : 1 by weight 4 : 1 by volume Glass transition temperature > 56 °C Pot life > 60 minutes at +20 °C Bending tensile strength > 30 N/mm² Compression strength > 90 N/mm² Adhesive strength > 3 N/mm² on concrete; 3 days; 20°C > 3 N/mm² on S&P laminates CFK > 2 N/mm² on S&P Resin 230 levelling mortar Availability 5 kg and15 kg (A+B) units Application temperature and storage May be used from +10° C to +35° C Substrate temperature must be at least 3° C above dewpoint temperature. Components A + B May be stored for 1 year Store between +5° C and +25° C Homogenise before use; slowly warm up and homogenise frozen or supercooled material.

Bond behaviour Bonding tests with S&P Resin 220 and S&P laminates CFK, surface-bonded onto concrete components: TU Kassel Germany EIA Fribourg, Switzerland TU Braunschweig Germany CHUNGBUK National University Korea TU Lisbon Portugal and others Fig. 1: Experimental investigation of bonded areas A (end of laminate) and B (between two cracks). Fig. 2: Simulation of the different shear stresses on S&P Resin 220 adhesive. Fig. 3: Determination of the bond stresses for a 2-mm thick layer of adhesive. The dimensioning models for the software FRP Lamella are based on bond tests using S&P Resin 220 adhesives and S&P laminates CFK. Detailed test reports can be obtained from the S&P Clever Reinforcement Company. As of all other technical indications and information provided by us, the only purpose of this data sheet is to describe the nature of this product, as well as its possible applications and fields of use. However, it does not guarantee certain properties of this product or its suitability for a determined purpose of application; furthermore, the directions for use given in this data sheet are not complete. Since this data sheet is subject to modification, it is the duty of our clients to ensure that they refer to the latest version. The updated data sheets can be obtained at all times from all our locations. In addition, the current general terms of business are applicable.

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Documents

Estudo experimental do efeito da reparação de fendas … · recorrente e, naturalmente, tida em conta no dimensionamento de estruturas de betão armado. No entanto, a existência