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Amigos engenheiros, arquitetos e construtores, quem nunca esteve diante de um problema estrutural, onde a capacidade de carregamento de uma estrutura de concreto não está adequada às solicitações às quais o elemento em questão está sujeito? Fibra de carbono é uma solução bastante usada no reforço estrutural de construções já existentes, como estruturas de concreto armado.....

Amigos engenheiros, arquitetos e construtores, quem nunca esteve diante de um problema estrutural, onde a capacidade de carregamento de uma estrutura de concreto não está adequada às solicitações às quais o elemento em questão está sujeito?

A causa para tal situação pode ser variada. Em alguns casos, trata-se de uma patologia ocasionada por erros de projetos, erros de execução, utilização de materiais de baixa qualidade ou uma conjunção desses fatores, incluindo deterioração em razão do uso. Em outros, o que ocorreu foi uma alteração de finalidade da estrutura, com aumento de cargas, modificações estruturais, tais como aberturas em lajes e vigas para passagens, instalação de novos equipamentos, alteração de trem-tipo de pontes e viadutos etc.

Ou seja, a reavaliação estrutural é necessária sempre que há alteração de uso que impacte nos carregamentos, após algum tipo de sinistro e também quando, por meio de vistoria, é constatado que a estrutura não apresenta o desempenho esperado.

Fibra de carbono é uma solução bastante usada no reforço estrutural de construções já existentes, como estruturas de concreto armado. Apesar de sua longa vida útil, com o passar do tempo essas estruturas podem apresentar necessidade de reforço, por exemplo quando ocorrem mudanças no uso da edificação, ocasionando sobrecargas não previstas no projeto. “O reforço estrutural se faz necessário também em alguns casos de recuperação de manifestações patológicas”, complementa o engenheiro Wellington Mazer, professor da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

“É diferente, por exemplo, de uma correção de segregações (bicheiras) ou desagregações (ninhos de pedra)”, afirma o engenheiro Alain Bertrand, integrante do CT 303 – Comitê Técnico de Concreto Reforçado com Fibras, que reúne representantes da Abece (Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural) e do Ibracon (Instituto Brasileiro do Concreto). Nesses casos, muitas vezes solucionados com grauteamento, não há qualquer alteração no dimensionamento estrutural, apenas o restabelecimento do elemento estrutural à condição inicialmente prevista.

O reforço estrutural se fundamenta no aumento resistência das peças de concreto armado a partir do aumento da seção geométrica e acréscimo de armaduras. Essa solução é indicada quando as construções – antigas ou novas – estão sujeitas a sobrecargas não previstas no projeto original, ou quando a edificação vai passar por alguma intervenção (com reformas) que possa fragilizar a sua estrutura. Por exemplo, um prédio comercial que vai passar a abrigar um arquivo; uma sala de hospital que receberá novos equipamentos de grande porte ou um shopping que precisa abrir novas janelas ou exaustores para restaurantes.

A averiguação de necessidade do reforço estrutural se dá por meio da existência de flechas, fissuras e outras manifestações patológicas, conforme resume Bertrand. “O reforço estrutural é feito quando constatamos alguma falta de capacidade da estrutura de resistir aos carregamentos que lhe são impostos”, diz. A afirmação vale tanto para a estabilidade estrutural – Estados Limites Últimos -, para as condições de uso – Estados Limites de Serviço – ou para ambos. Nesse caso, pontua ele, diferentemente dos reparos, todo o dimensionamento estrutural é refeito e os elementos de reforço são dispostos de acordo com o dimensionamento na quantidade, posicionamento e detalhamento específico para cada caso, conforme as necessidades indicadas na avaliação. “Definitivamente, é um processo bem mais complexo. O reforço se faz quando essa avaliação indica que a estrutura não apresenta a segurança requerida”, resume Bertrand.

Qualquer que seja a causa da patologia, a forma de restabelecer a capacidade de carregamento esperada é por meio do chamado reforço estrutural. Há diversas maneiras de realizar o reforço de uma estrutura: por aumento de seção, colagem de chapas, protensão, uso de perfis metálicos, dentre outros. De acordo com Bertrand, tradicionalmente esses reforços são feitos com chapa de aço colada externamente na estrutura, podendo ser realizado também o envelopamento da seção com complemento de armadura ou, como tem sido comum em obras de arte especiais, o acréscimo da seção na face superior, a chamada sobrelaje, reforçada com protensão externa, além de modificação das condições ou posições do apoio, dentre outras intervenções. “A adoção de uma ou mais soluções associadas depende muito da criatividade e da experiência do projetista, mas é importante que seu resultado seja o acréscimo de resistência da estrutura no patamar adequado, de forma confiável, com durabilidade compatível à vida útil da obra, exequível, em orçamento e prazos adequados”, salienta Bertrand.

Utilizadas de forma isolada ou associadas a alguma outra técnica, as fibras de carbono podem ser aplicadas coladas junto aos elementos estruturais, na técnica conhecida como EBR (Externally Bonded Reinforcement), ou por meio da inserção de laminados, técnica conhecida como NSM (Near Surface Mounted), conforme explica Alberto Libânio, diretor-presidente na Furacon Sistemas de Cortes e Perfurações em Concreto. “As fibras são coladas na região tracionada de vigas e lajes submetidas à flexão, embora possam ser utilizadas para reforço de pilares por confinamento”, diz Thomas Garcia Carmona, diretor da Carmona Soluções de Engenharia.

Entre as vantagens do material está o seu rápido tempo de execução quando comparado aos demais métodos de reforço estrutural. “Já a grande desvantagem ainda é o custo elevado”, menciona Mazer. O professor lembra que a utilização de compósitos reforçados com fibras de carbono nem sempre está indicada. “Cada caso deve ser analisado de forma particular”, orienta.

Techne – Pini

” Como as fibras atuam unidirecionalmente, devem ser aplicadas sempre na direção das linhas de tensão que se está tentando combater. Nas peças fletidas de concreto armado ou protendido normalmente ocorrem fissuras ou microfissuras perpendiculares ou ligeiramente inclinadas em relação às tensões de tração mais importantes, ou seja, as fibras de carbono devem ser aplicadas perpendicularmente às fissuras.

No caso de fissuras de cisalhamento, que ocorrem em geral próximas aos apoios das peças fletidas, as fibras também serão posicionadas perpendicularmente às fissuras, sendo agora solicitadas ao corte. Embora com desempenho inferior àquele verificado quando atuam tensões normais de tração, também nesse caso as fibras apresentam boa resistência, podendo- se dimensioná-las em função da solicitação, o que também se verifica no caso do reforço das seções submetidas a momentos fletores. As mantas de fibra de carbono também podem ser aplicadas em outras situações, como o cintamento de peças comprimidas (com insuficiência de estribos), reforço de lajes, banzos de treliças e outros, não se limitando ao concreto armado ou protendido. ” disse o Engenheiro Ercio Thomaz .

O material começou a ser empregado na construção civil pelos japoneses, devido à necessidade de estruturas mais fortes para resistir aos abalos sísmicos que afetam o país asiático. No Brasil, o material foi usado pela primeira vez em 1998, para reforçar as estruturas do viaduto Santa Teresa, em Belo Horizonte. Desde então, surgiram diversas teses e dissertações sobre o assunto, e algumas empresas também têm incentivado o desenvolvimento de pesquisas.

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Fontes:

  • https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/fibra-de-carbono-e-usada-para-reforcar-estruturas-de-concreto-ja-existentes_12079_10_0
  • http://www.pires.com/reforco-com-fibra-de-carbono/
  • http://techne17.pini.com.br/engenharia-civil/206/em-que-situacoes-de-reforco-estrutural-o-uso-de-fibras-311387-1.aspx
  • https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/10658/10658_3.PDF
  • http://viapol.com.br/media/97576/manual-fibra-de-carbono.pdf
  • https://techne.pini.com.br/2017/05/saiba-tudo-sobre-reforco-estrutural-com-fibra-de-carbono/
  • https://constructapp.io/pt/reforco-estrutural-com-fibra-de-carbono/
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