Estruturas entrançadas para reforço do betão

Abstract

As excelentes propriedades e características dos materiais têxteis têm suscitado um grande interesse na sua utilização como reforço de matrizes constituídas por outros materiais, tais como polímeros, metais, cimento ou materiais cerâmicos, dando origem a materiais compósitos de reforço têxtil leves e extremamente resistentes, que podem ser utilizados na substituição dos materiais convencionas. Estes materiais são actualmente aplicados nos mais variados sectores industriais tais como, aeroespacial, automóvel, marinha, construção civil, medicina, entre outros. O motivo principal reside nas muitas vantagens que estes oferecem, tais como, baixo peso associado com alta rigidez e resistência mecânica, excelentes resistências térmicas e à corrosão, grande versatilidade de moldar o material de acordo com as necessidades de projecto e alto potencial para reduzir custos, quer iniciais quer de montagem ou de reparação. Na construção civil, as estruturas de betão estão, diversas vezes, sujeitas a cargas repetidas e a agentes agressivos que, por acções físicas e químicas, podem originar a fragilização mecânica das estruturas durante o seu período de vida, comprometendo a sua resistência e durabilidade. Um dos principais problemas que afecta o betão armado é a corrosão das armaduras em aço que leva à diminuição do seu desempenho. Neste contexto, o objectivo principal deste trabalho consistiu no desenvolvimento e estudo de entrançados em fibra de vidro para reforço de materiais compósitos aplicados em vigas de betão, no sentido de substituir o aço e assim contribuir para a resolução do problema da corrosão. O trabalho desenvolvido iniciou-se com um estudo para entender o comportamento mecânico de entrançados reforçados axialmente (com alma) em fibra de vidro. Para tal utilizou-se uma entrançadeira vertical alimentada por várias mechas de fibra de vidro colocadas, durante o processo, no interior do entrançado. Os resultados obtidos demonstram um efeito extremamente positivo das mechas de fibra de vidro sobre as propriedades mecânicas do conjunto. Este estudo inicial permitiu ainda concluir acerca do número de mechas a utilizar no entrançado que serviria de base à produção dos varões em material compósito para reforço do betão. A fase seguinte do trabalho consistiu no desenvolvimento de um processo que permitisse a impregnação do entrançado com uma resina de poliéster. O processo desenvolvido ocorre durante o próprio entrançamento. Assim, as mechas de fibra de vidro são pré-impregnadas com a resina, imediatamente antes de serem alimentadas no entrançado. Desta forma consegue-se que a própria resina arrastada pelas mechas acabe por impregnar de forma mais ou menos uniforme o próprio entrançado. Os varões produzidos de acordo com a técnica explicada, foram ensaiados mecanicamente, no sentido de se perceber o seu comportamento mecânico. Os resultados obtidos revelaram um material com uma tensão de rotura compatível com a do aço, mas com um módulo de elasticidade inferior. Por último, produziram-se armaduras com os varões de material compósito, aplicadas posteriormente em vigas de betão. Fizeram-se ensaios de flexão sobre essas vigas e compararam-se os resultados com vigas reforçadas por armaduras convencionais em aço. Os resultados obtidos demonstraram que as vigas reforçadas pelos varões em material compósito apresentam um comportamento mecânico diferente das reforçadas pelo aço. Assim, para além de se poderem identificar diversos picos de tensão, na curva carga-alongamento, é possível verificar igualmente uma menor resistência.

Due to their excellent properties and characteristics, fibrous materials have been applied in the reinforcement of polymers, metals, concrete and ceramic matrixes originating textile reinforced composite materials, with high ratio strength/weight, for the replacement conventional materials. These materials are used in a wide range of industrial fields including aerospace, automobile, marine, civil construction, medicine, and so on. The main reason are the advantages offered, such as, low weight associated to high stiffness and mechanical strength, excellent thermal and corrosion resistance, flexibility in moulding the material according to requirements and high potential to decrease initial and repairing costs. In civil construction, concrete structures are subjected to repeated loads and to aggressive agents that, by physical and chemical actions, may lead to diminish the mechanical performance of the structure during its life time. One of the most serious problems affecting concrete is the corrosion of the steel armours. The main objective of this work is the development and study of glass fiber braided fabrics to be used in the reinforcement of composite material bars for the application in concrete reinforcements. It is expected the use of these braided reinforced composite bars could overcome the corrosion problem of steel. The work started with a study on the mechanical behaviour and performance of glass fiber braided fabrics axially reinforced (core reinforced). Samples have been produced in a vertical braided machine feeded by glass fiber rovings inserted into the braided fabric. The results show a good effect of the axial rovings in the mechanical performance of the braided fabric. This initial study has permitted to conclude on the number of rovings to be used in the braided fabric. The following step of the work consisted in the development of a process to impregnate the braided fabrics with a polyester resin. In this process the glass fiber rovings are pre-impregnated before being fed into the braiding fabric. The braided fabric is full impregnated during the braided process. The composite materials thus obtained have been tested in order to understand their mechanical behaviour and performance. The results show a compatible ultimate stress and a minor modulus of elasticity when compared to steel. Armours with braided reinforced composite bars have been produced and applied in the production of concrete reinforced beams. Flexural tests have been undertaken and the results compared with those of concrete bars reinforced by steel armours. The results obtained show a different behaviour. In the load-extension curves of the beams with braided reinforced composite bars it is possible to identify different peaks corresponding to the break of the bars while in the steel reinforced bars this curve is much more uniform. Moreover, it is also possible to verify a minor failure stress of the beams with braided reinforced composite bars.