Estudo da eficácia da técnica EBR quando submetida a ciclos de umidade e carbonatação do concreto de recobrimento

Anais do IV Encontro de Iniciação Científica da Unila - “UNILA 5 anos: Integração em Ciência, Tecnologia e Cultura na Tríplice Fronteira” - 05 e 06 de novembro de 2015 – Sessão Engenharia Civil e Engenharia de Energías RenováveisEste trabalho é baseado na análise experimental da degradação da ligação concreto/adesivo/FRP quando expostas a ciclos de umidade e carbonatação do concreto de recobrimento. Sua motivação surge devido ao aumento do número de reforços de estruturas através da aplicação de materiais compósitos de matriz polimérica para os quais, por terem aplicação recente na engenharia civil, é desconhecido o desempenho das ligações concreto/adesivo/FRP em longo prazo. Assim, a análise e compreensão do desempenho dos compósitos de FRP e da sua ligação tornam necessária a definição de critérios de ruptura que possam estimar o descolamento prematuro destes materiais. Neste âmbito, corpos de prova de concreto reforçados com mantas de CFRP, aplicadas segundo a técnica EBR, foram expostos a diferentes situações: (i) ambiente interno (sala climatizada, com umidade e temperatura constante), os quais servirão como referência aos demais ensaios; (ii) ciclos de umidade (tanques com água obtida da rede pública de abastecimento) e posterior armazenagem em ambiente controlado (ambiente interno - sala climatizada, com umidade e temperatura constante); e (iii) umidade constante (tanques com água obtida da rede pública de abastecimento). O programa experimental realizado foi dividido nas seguintes etapas: (i) concretagem dos corpos de prova, (ii) reforço das placas de concreto segundo a técnica EBR, e (iii) determinação da tensão de aderência na ligação concreto/adesivo/FRP por meio de ensaios de arrancamento direto. Com relação aos ensaios obtidos até o presente momento (3 meses após o reforço), não existe considerável degradação da aderência na ligação concreto/adesivo/FRP quando submetido a ciclos de umidade do concreto de recobrimento. Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de iniciação científica concedida.Bolsista do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Análise do comportamento da ligação manta de carbono/adesivo/concreto quando submetida a ensaios de arrancamento direto

Anais do IV Encontro de Iniciação Científica da Unila - “UNILA 5 anos: Integração em Ciência, Tecnologia e Cultura na Tríplice Fronteira” - 05 e 06 de novembro de 2015 – Sessão Engenharia Civil e Engenharia de Energías RenováveisCom o objetivo de avaliar o comportamento da ligação entre manta de carbono coladas a estruturas de concreto armado, quando aplicados de acordo com a técnica EBR, um programa experimental composto por ensaios de arrancamento direto e caracterização dos materiais intervenientes foi realizado. Neste âmbito, corpos de prova de resina epoxídica e de concreto (os quais foram reforçados com mantas de carbono) foram expostos a ciclos de umidade de modo a se obter um melhor entendimento destes materiais. Os corpos de prova foram expostos a diferentes situações: (i) ambiente interno (sala climatizada, com umidade e temperatura constante), os quais servirão como referência aos demais ensaios; (ii) ciclos de umidade (tanques com água obtida da rede pública de abastecimento) e posterior armazenagem em ambiente controlado (ambiente interno - sala climatizada, com umidade e temperatura constante); e (iii) umidade constante (tanques com água obtida da rede pública de abastecimento). O programa experimental realizado foi dividido nas seguintes etapas: (i) preparo do molde de silicone, (ii) moldagem dos corpos de prova de resina e (iii) determinação da tensão de ruptura das resinas por meio de ensaios de tração direta. Com relação aos ensaios obtidos até o presente momento (3 meses após o reforço), uma grande variação de tensão de ruptura dos corpos de prova de tração após sua exposição à umidade foi verificada após 3 meses de idade. Deste modo, fez-se novamente a moldagem dos corpos de prova de tração de modo a verificar os resultados anteriormente obtidos. Por fim, agradecemos à UNILA pela bolsa de iniciação científica concedida.Bolsista da Unil

Análise numérica do comportamento de faixas de laje de concreto armando reforçadas à flexão com laminados de carbono aplicados segundo a técnica NSM

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Engenharia Civil - 06/11/14 – 13h30 às 15h50 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 02 – Sala 02A investigação da ductilidade e redistribuição de momentos em elementos contínuos reforçados com FRP (Fiber Reinforced Polymer, em língua inglesa) ainda é escassa. Deste modo, há uma carência de estudos experimentais e teóricos sobre a redistribuição de momentos em elementos estruturais estaticamente indeterminados reforçados segundo a técnica “Near Surface Mounted” (NSM), a qual é baseada na inserção de laminados de carbono em entalhes feitos no concreto de cobrimento. Assim, de forma a avaliar a influência da técnica de reforço no incremento de capacidade de carga e na redistribuição de momentos em elementos contínuos de CA (Concreto Armado), um programa experimental composto por dezessete faixas de laje foi realizado, onde seis faixas de lajes foram ensaiadas sem qualquer tipo de reforço compósito (SL15-H/HS, SL30-H/HS e SL45-H/HS) e onze faixas de laje (SL15s25-H/HS, SL15s50-H, SL30s25-H/HS, SL30s50- H/HS, SL45s25-H/HS e SL45s50-H/HS) foram reforçadas com laminados de CFRP segundo a técnica NSM. Por intermédio dos resultados experimentais obtidos, um programa de computador baseado no método dos elementos finitos (MEF) foi utilizado para prever o comportamento deste tipo de estruturas até ao seu colapso. Uma vez validado, realizou-se um estudo paramétrico para avaliar a influência de alguns parâmetros que condicionam o incremento da capacidade de carga e de redistribuição de momentos, tais como a classe de resistência do concreto, a percentagem de armadura longitudinal existente, a configuração de reforço e a percentagem de CFRP. Dos resultados obtidos, verifica-se que o estudo paramétrico realizado permitiu verificar que a técnica NSM é bastante eficaz no aumento da capacidade de carga, desde que aplicada corretamente. A presença dos laminados de CFRP garante o incremento da capacidade de carga nas faixas de laje, mas este incremento é mais visível com o aumento de laminados na região de momentos positivos ( s S , eq ) e em faixas de laje com menor quantidade de armadura longitudinal. De fato, os modelos armados com A s igual a 50%, em comparação as faixas de lajes ensaiadas nos programas experimentais e reforçados nas regiões de momentos negativos e positivos apresentaram um incremento da capacidade de carga que varia entre 63% a 234%. As faixas de laje reforçadas na região de momentos positivos mostraram incrementos de 42% a 151%. Finalmente, os laminados de CFRP aplicados na região de momentos negativos apresentaram incremento máximo da capacidade de carga de 37%. Além disso, comprovou-se que com a adoção de um sistema de reforço adequadamente projetado, níveis satisfatórios de redistribuição de momento podem ser atingidos até ao colapso das estruturas contínuas reforçadas com laminados de CFRP. Verificou-se que a S H redistribuição de momentos apresenta valores positivos para , e , e q >1.10. O primeiro autor manifesta o s q / s seu agradecimento a Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA) pela bolsa de Iniciação Científica concedida para a realização da pesquisa.Bolsista Probic UNILA; Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Análise numérica e experimental de pórticos de concreto armando (APO)

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Engenharia Civil - 06/11/14 – 13h30 às 15h50 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 02 – Sala 02O presente projeto de pesquisa é baseado na análise experimental e numérica de um pórtico de concreto armado, denominado de Aparato de Proteção ao Ovo (APO), o qual foi ensaiado no Concurso técnico do Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON) em 2014. Este concurso desafia os estudantes de engenharia a (i) desenvolver habilidades de aprendizado em grupo com divisão de tarefas, (ii) trabalhar com argamassas e concretos de alta resistência e desempenho (CAD), (iii) elaborar um projeto e (iv) construir um pórtico em concreto armado, cuja resistência foi avaliada por meio da aplicação de cargas verticais de impacto variáveis, respeitadas as restrições impostas pelo regulamento do Concurso técnico do Ibracon quanto às dimensões, aos materiais constituintes e a alguns processos construtivos envolvidos. O concurso também estimula os estudantes a refletirem sobre a segurança das estruturas, na medida em que o ovo representa a vida humana sob o pórtico de concreto. Tendo por objetivo o desenvolvimento de concreto de alto desempenho (CAD) e o projeto e construção do Aparato de Proteção ao Ovo (APO), o programa experimental foi dividido nas seguintes etapas: (i) Desenvolvimento de Concreto de Alto Desempenho (CAD), (ii) Concretagem e testes de corpos de prova de CAD, (iii) Seleção dos materiais a serem utilizadas no APO, (iv) Dimensionamento, projeto e confecção do pórtico de CAD armado, (v) Projeto e confecção dos moldes, (vi) Concretagem dos protótipos do APO, (vii) Ensaio piloto dos protótipos, (vii), Análise e alterações do projeto via simulação numérica e (viii) confecção do pórtico enviado para ensaio no Concurso técnico do Ibracon. Dos resultados obtidos obteve-se um melhor entendimento da influência da resistência do concreto, configuração de reforço e da percentagem de armadura no comportamento de pórticos de concreto armado. Embora o APO enviado ao concurso estudantil não tenha obtido boa classificação na primeira participação da Unila, esperam-se alterações e melhorias no APO para participação nas próximas edições do concurso estudantil do Ibracon. Por fim, o primeiro autor agradece ao auxílio de todos os colaboradores e principalmente à Fundação Araucária (FA) pela bolsa de iniciação científica concedida para o desenvolvimento das atividades deste projeto de pesquisa.Bolsista Pibic-FA; Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Estudo Comparativo das deformações de longa duração do concreto da UHE Itaipu - dados estimados x dados medidos

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Engenharia Civil - 06/11/14 – 13h30 às 15h50 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 02 – Sala 02No presente trabalho foram estudados os dados utilizados no relatório de ensaio de fluência feita pela Itaipu Binacional na década dos 80, foi utilizado um modelo matemático simples (expressão logarítmica) onde expressava um coeficiente de fluência muito baixo devido ao agregado basáltico utilizado na aquela época. A fluência é considerada uma deformação lenta que ocorre ao longo do tempo através de um carregamento constante, este fenômeno poderia até causar fissuras e por isso é importante fazer um estudo minucioso para evitar possíveis catástrofes. Alem do estudo desses dados foi feito um estudo comparativo utilizando os dados atuais, ou seja, a equipe de pesquisa teve acesso ao acervo técnico da Itaipu Binacional onde foram fornecidos os dados como deformação, temperatura ambiente, temperatura do concreto, etc. que são necessários para poder determinar a fluência do concreto. Esses dados são medidos com a roseta de deformimetro desde 1984 até atualidade, fornecido pelo software Maqueta Digital utilizada pela Itaipu Binacional. Com a mesma expressão logarítmica, utilizada no relatório da Itaipu, foi determinada a fluência do concreto do trecho D57, localizada na margem lateral direita no lado Paraguaio. Conforme os resultados o gráfico da fluência, a linha de tendência esta um pouco fora dos dados medidos, isso é devido ao modelo matemático muito simples, mas como objetivo do projeto no futuro é utilizar modelos matemáticos mais complexos para obter maior fidelidade nos resultados.Bolsista Probic-UNILA; Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Protocolo de degradação acelerado de FRPs com sistema de aquecimento e aquisição de dados automático com uso da plataforma Arduíno

In general, degradation agents can generate changes in materials through chemical reactions, physical or mechanical processes, leading to a decrease in the performance of composite materials used in strengthening systems. The degradation evaluation can be performed through field tests, environmental aging stations, or in the laboratory using accelerated protocols. In this sense, an automatic system based on the use of the Arduino platform was developed and used in artificially accelerated degradation protocols of concrete beams strengthened with CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) sheets, epoxy resins, CFRP, and concrete specimens. The Arduino system was responsible for heating the water of the degradation tank, keeping it within the required temperature range, and recording the data. The obtained results indicate that the proposed Arduino project could heat and maintain the water at a temperature of 50 ± 3 °C over the 42 days of the test. In addition, it was observed the degradation of the epoxy resins used in the strengthening system with reductions of up to 63% in the maximum resistance and 61% in the modulus of elasticity. Regarding the strengthened beams submitted to the standardized accelerated aging protocols, a reduction of 11% in the load-carrying capacity was observed. Finally, it was verified that the degradation protocol did not affect the properties of the concrete and CFRP specimens.En general, los agentes de degradación pueden generar cambios em los materiales a través de reacciones químicas, procesos físicos o mecánicos, dando lugar a pérdidas de rendimiento de los materiales compuestos utilizados en los sistemas de refuerzo. La evaluación de la degradación se puede realizar a través de pruebas de campo, en estaciones de envejecimiento ambiental o en el laboratorio utilizando protocolos acelerados. En este sentido, se desarrolló un sistema automático, basado en el uso de la plataforma Arduino, y se utilizó en ensayos que siguieron un protocolo estandarizado de degradación acelerada artificialmente para vigas de hormigón armado reforzado con láminas de CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), especímenes de resinas epoxi, hormingón y CFRP. Este sistema se encargaba de calentar el agua del tanque de degradación, manteniéndola dentro del rango de temperatura requerido. Los resultados obtenidos indicaron que el proyecto propuesto utilizando la plataforma Arduino fue capaz de calentar y mantener el agua a una temperatura de 50 ± 3 °C durante los 42 días de prueba. Además, se verificó la degradación de las resinas epoxi utilizadas en el sistema de refuerzo, com reducciones de hasta um 63% de la resistencia máxima y um 61% del módulo de elasticidad. En cuanto a las vigas reforzadas sometidas al protocolo estandarizado de envejecimiento acelerado, se observó uns reducción del 11% en la capacidad resistente. Finalmente, se encontró que la resistencia del hormigón y los compuestos CFRP no se vieron afectados por el protocolo de degradación acelerada.De modo geral, os agentes de degradação podem gerar alterações nos materiais por meio de reações químicas, processos físicos ou mecânicos, conduzindo a perdas de desempenho de materiais compósitos utilizados em sistema de reforço. A avaliação da degradação pode ser realizada via ensaios de campo, em estações de envelhecimento ambiental ou em laboratório com o uso de protocolos acelerados. Neste sentido, um sistema automático, baseado no uso da plataforma Arduíno, foi desenvolvido e utilizado em ensaios que seguiram um protocolo normatizado de degradação artificialmente acelerada para vigas de concreto armado reforçadas com mantas de CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), corpos de prova de resinas epoxídicas, de concreto e de CFRP. Tal sistema foi responsável pelo aquecimento da água do tanque de degradação, mantendo-a dentro do intervalo de temperatura necessário. Os resultados obtidos indicaram que o projeto proposto com o uso da plataforma Arduíno foi capaz de aquecer e manter a água em temperatura de 50 ± 3 °C ao longo dos 42 dias de ensaio. Para além disso, verificou-se a degradação das resinas epoxídicas utilizadas no sistema de reforço com reduções de até 63% da força máxima e 61% do módulo de elasticidade. Com relação às vigas reforçadas submetidas ao protocolo normatizado de envelhecimento acelerado, observou-se uma redução da capacidade resistente de 11%. Por fim, verificou-se que a resistência do concreto e dos compósitos de CFRP não foram afetados pelo protocolo de degradação acelerado

Comparativa patológica de pavimentos flexibles en climas extremos y la toma de decisiones asociadas

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Engenharia Civil - 06/11/14 – 13h30 às 15h50 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 02 – Sala 02El presente trabajo analiza los aspectos técnicos que interfieren en la calidad del pavimento asfáltico en tres escenarios diferentes respecto al clima y sus políticas de mantenimiento. El proyecto de investigación presenta los resultados de la aplicación de un nuevo instrumento de inspección para pavimentos asfálticos aplicado a 3 casos de estudio como son: Colombia, Brasil y México. Para el nuevo algoritmo de evaluación se han concebido 4 ejes principales: fisuras, deformaciones, pérdida de la capa superficial y daños superficiales. Se concluye que una adecuada visión de la normativa permite orientar un uso racional de la infraestructura viaria, generando estrategias preventivas en el deterioro de pavimentos urbanos. Además, se concluye que las condiciones climatológicas pueden direccionar en el comportamiento del material bituminoso durante el ciclo de vida de la misma. Si bien, las administraciones públicas han manifestado diversidad en sus políticas de mantenimiento, la climatología direcciona notablemente el estado de las vías interurbanas en ambas ciudades estudiadas. Respecto a los resultados cuantitativos el equipo de levantamiento de Brasil identificó que el 40 % son patologías asociadas a fisuras transversales, contra un 60 % en pérdidas de capas asfálticas (llamadas piel de cocodrilo). Para el caso Colombia, el 94.5% de los deterioros encontrados están asociados principalmente al comportamiento frágil que experimentan mezclas asfálticas sometidas a climas de bajas temperaturas. Lo anterior induce a pensar que en un clima como el de la ciudad de Bogotá D.C., las mezclas asfálticas tienden a experimentar un comportamiento frágil que genera principalmente fallas por fatiga. En zonas de clima frío, este mecanismo de daño incrementa en mezclas asfálticas sometidas a envejecimiento a largo plazo (especialmente en vías con escaso mantenimiento superficial en donde el daño por humedad y fenómenos como el stripping se hacen evidentes). En el caso de México, se estima que cerca del 60% del área evaluada presenta deterioro por fisuración, de los cuales el 88% presenta severidad alta, 6% con severidad media y 6% severidad baja. Por otro lado, tanto patologías como pérdida de la capa estructural como deformaciones presentan cerca del 18% y 16% respectivamente. Si bien el deterioro o daño superficial presenta solamente el 4% del total de las patologías el grado de severidad ha sido identificado como 100%. Finalmente, el grado de deterioro tanto de fisuraciones, pérdida de la capa estructural, deformaciones y daños superficiales son menores a las zonas estudiadas en Brasil y Colombia, el grado de severidad en su mayoría son altas, con cerca del 76%. En síntesis, el 62% de los deterioros encontrados están asociados principalmente al comportamiento frágil que experimentan mezcla asfáltica sometida a climas de bajas temperaturas y bajo clima seco desértica, traduciéndose en fisuración en la mayoría de los casos.Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Avaliação do comportamento de resinas epoxídicas submetidas a ciclos de umidade/ Evaluation of epoxy resin behavior subjected to moisture cycles

Um programa experimental de longa duração encontra-se em andamento e tem por objetivo a análise do comportamento de resinas epoxídicas utilizadas em sistemas de reforço de estruturas e aplicadas segundo a técnica Externally Bonded Reinforcement (EBR). Neste sentido, corpos de prova de resinas foram moldados e, após 14 dias de idade, mantidos em ambiente protegido ou expostos a ciclos de umidade e posteriormente ensaiados nas idades de 4, 8 e 12 meses. A resina A (primer) apresentou redução da tensão de tração e módulo de elasticidade de até 74% e 69%, respectivamente, quando comparado aos resultados obtidos nos ensaios realizados aos 14 dias (referência). Para além disso, verificou-se o amolecimento da matriz para a idade de 8 meses. A resina B (laminação) apresentou reduções de até 51% e 43% da tensão máxima e módulo de elasticidade, respectivamente, quando exposta a ciclos de umidade.

Recycled polymer crossarms: characterization of the materials, numerical analysis and tests in reduced models

Atualmente, a madeira ainda é o material mais usado nas cruzetas das redes aéreas de distribuição de energia elétrica no Brasil, o que vem causando problemas às companhias distribuidoras de energia elétrica quanto a: (i) degradação devida a defeitos e a ataques de fungos e de insetos, (ii) aumento dos custos operacionais, para a substituição das peças danificadas e (iii) problemas ambientais, uma vez que a matéria-prima está se tornando escassa e apresenta restrições ambientais. Nesse sentido, estudos vêm sendo realizados visando a substituição da madeira por outros materiais, tais como aço, concreto e materiais poliméricos reforçados com fibras. Embora os materiais termoplásticos com função estrutural sejam de uso bastante recente, quando comparados com madeira, concreto ou metais, vários fatores contribuem para sua utilização (e.g., o alto consumo energético na produção do aço e do cimento e a abundância de material plástico com custo competitivo). Diante disso, este trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma cruzeta de polímero reciclado, de modo que ela seja comercialmente competitiva e que apresente vantagens quando comparada com as demais cruzetas existentes no mercado, tais como peso reduzido, facilidade de instalação e possibilidade de retorno de parte do capital investido, uma vez que, quando danificadas, o material pode ser novamente reciclado. Para tanto, realizou-se uma análise das propriedades geométricas de possíveis seções transversais para as cruzetas. Uma vez definidas as seções mais adequadas, foram feitos modelos reduzidos de cruzetas poliméricas e ensaios experimentais, cujos resultados foram validados por análise numérica feita com o programa ANSYS. Constatou-se que os modelos numéricos desenvolvidos representaram de forma satisfatória o comportamento verificado nos ensaios e comprovaram a viabilidade de empregar os polímeros reciclados em cruzetas e em outros elementos estruturais. Entretanto, com era de se esperar, será necessário melhorar algumas de suas características, tais como a resistência e a rigidez.Nowadays, wood is still the most used material in crossarms of aerial power distribution lines in Brazil. However, it has caused problems to power utilities concerning (i) degradation due to defects and attacks of fungi and insects, (II) higher operational costs to replace damaged pieces and (III) environmental problems, as the raw material has become scarce and presented environmental restrictions. In this sense, studies have been conducted aiming to replace wood by other materials, such as steel, concrete and polymeric materials reinforced with short fibers. Although thermoplastic materials with structural function have a recent use, when compared to wood, concrete or metals, several factors contribute to their application (e.g., high energetic consumption in the production of steel and cement and the abundance of plastic material with competitive cost). Therefore, this work aims contribute to the development of a recycled polymer crossarm, to be commercially competitive, with advantages over the ones existing in the market, such as lower weight, easiness of installation and possibility of recovering part of the invested capital, when damaged, the material can be recycled again. An analysis of the geometric properties of possible transversal sections for the crossarms was conducted. After defining the most adequate sections, reduced models of polymeric crossarms and experimental tests were made. The results were validated by numerical analysis performed by ANSYS. The numerical models developed satisfactorily represented the behavior verified in the tests, proving the viability of using the recycled polymers in crossarms and other structural elements. However, as expected, some of their characteristics, such as resistance and stiffness, must be improved

Protocolo acelerado de degradação do sistema de reforço EBR-CFRP aplicado em vigas de concreto armado

Em geral os materiais na indústria da construção civil estão sujeitos à mecanismos de degradação, como alterações químicas, físicas e mecânicas. No âmbito de elementos de concreto armado reforçados com materiais compósitos, verifica-se que a degradação afeta a parte mais sensível do sistema, as resinas à base de epóxi. O presente trabalho é baseado no uso do protocolo de acondicionamento apresentado na norma ACI 440.9R (AMERICAN..., 2015) para avaliação da durabilidade de sistemas de reforço aplicados em vigas de concreto armado reforçadas à  flexão com mantas de fibra de carbono, aplicadas segundo a técnica de colagem externa EBR. Os resultados do protocolo de degradação acelerado foram comparados com os obtidos em ensaios de intemperismo natural. Esses demonstraram que os adesivos epoxídicos apresentam grandes reduções em suas propriedades mecânicas, enquanto os compósitos de CFRP permanecem com suas propriedades inalteradas após exposição ao intemperismo ou degradação acelerada. O sistema de reforço proporciona grandes incrementos de capacidade de carga e rigidez das vigas. Entretanto, verificou-se que os ensaios realizados após um ciclo de degradação acelerado com duração de 1.000 h (42 dias) e após 6 meses de exposição às intempéries demonstraram redução de aproximadamente 10% da capacidade de carga dos elementos reforçados, indicando uma possível degradação do sistema de reforço