Reforço estrutural de vigas de madeira com polímeros reforçados com fibras de carbono

Abstract

O estudo aborda o reforço de vigas de madeira com materiais compósitos de polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP). Por vezes, a mudança de utilização de um edifício pode comprometer a verificação dos estados limites últimos da estrutura e/ou dos estados limites de serviço. É justamente esta a situação considerada no exemplo apresentado. É estudado o reforço à flexão, no vão, das vigas de madeira da estrutura original por colagem de um laminado na sua parte inferior, e tirando partido de uma técnica simplificada de pré-esforço baseada na aplicação de uma contra-flecha inicial às vigas a reforçar. O pré-esforço foi fundamental e atenuou os deslocamentos gerados com a aplicação das cargas, diminuindo o deslocamento final da peça. A aplicação do pré esforço com macacos hidráulicos aparenta ser relativamente fácil. Como o Eurocódigo 5 desaconselha a utilização da análise plástica, em virtude do caráter frágil da rotura por tração das fibras de madeira, toda a análise é efetuada em regime elástico linear. O exemplo apresentado mostra que é possível prolongar a vida útil das vigas originais que em resultado da alteração do tipo de uso passaram a demonstrar capacidade de carga insuficiente e flechas excessivas. Concluiu-se que a aplicação desta técnica de reforço, tirando partido do pré-esforço conseguido pela contra-flecha induzida no início da operação de reforço, pode trazer bons resultados para vigas com cargas não previstas no projeto original. A utilização do CFRP mostrou-se viável para o reforço de vigas de madeira. O alto módulo de elasticidade das fibras de carbono destes laminados é um fator essencial para a eficácia deste reforço.

This study approaches the reinforcement of wood beams with carbon fiber reinforced polymer composites (CFRP). Sometimes, the change of use of a building may compromise the verification of the ultimate boundary states of the structure and / or boundary service states. This is precisely the situation considered in the example presented. It is studied the reinforcement in the bracing of the wood beams of the original structure by gluing a laminate in its lower part, and taking advantage of a simplified prestress technique based on the application of an initial counter-deformation to the beams at reinforce. The prestress was fundamental and attenuated the displacement generated with the application of the loads, decreasing the final displacement of the part. The application of prestress with hydraulic monkeys appears to be relatively easy. As Eurocode 5 discourages the use of plastic analysis, due to the fragile nature of the traction fracture of the wood fibers, all the analysis is carried out in a linear elastic regime. The chosen example shows that it is possible to extend the useful life of original beans that in other uses started to demonstrate insufficient load capacity and excessive deformations. It has been concluded that the application of this reinforcement technique, taking advantage of the prestress obtained by the induced counter-deformation at the beginning of the reinforcement operation, can give good results for beams with loads not foreseen in the original design. The use of CFSP proved to be feasible for the reinforcement of wooden beams. The high modulus of elasticity of the carbon fibers of these laminates is an essential factor for the effectiveness of this reinforcement.