2.1 Aplicação do reforço - 1ª etapa: chapas retas com espessuras diferentes.

Para efetuar o reforço estrutural foram utilizadas chapas de aço SAE 1020 com largura de 12 cm e comprimento de 150 cm. O adesivo estrutural utilizado foi o EP, um bicomponente a base de epóxi da marca Bautech®, com características de alta adesividade, resistência química e mecânica, material pré-dosado, impermeável a água e óleo, além de dureza inicial em 12 horas e cura total em 7 dias. A aplicação do adesivo estrutural epóxi nas vigas seguiu as recomendações do fornecedor, iniciando pelo preparo do substrato, em que a superfície de aplicação foi isenta de pó, desmoldantes ou qualquer substância que atrapalhasse na adesão, sendo esse procedimento realizado com auxílio de uma escova de aço. O preparo do adesivo estrutural epóxi ocorreu pela homogeneização dos componentes separadamente de forma manual. Após, adicionou-se o componente B (endurecedor) sobre o componente A (resina), misturando-os por 5 minutos. A aplicação do adesivo estrutural epóxi foi realizado com auxílio de uma espátula sobre toda superfície a ser colada, com espessura mínima de 2 mm e rendimento de aproximadamente 0,7 kg/m².

Antes da aplicação do adesivo, foram feitas ranhuras por intermédio de uma lixadeira elétrica nas chapas de aço, objetivando melhorar as condições de aderência junto à superfície do concreto. Após a fixação das chapas, as mesmas foram submetidas a uma rápida pressão uniforme, para que o excesso de resina eventualmente existente fosse expulso. Essa pressão foi exercida através de um martelo de borracha. Posteriormente, blocos de concreto foram posicionados nas extremidades e na região central das chapas, sistema este mantido por 7 dias e encoberto por lona plástica. A aplicação do adesivo estrutural epóxi nas vigas principais foi realizada aos 21 dias, e o ensaio instrumentado de flexão aos 28 dias da concretagem. As etapas do preparo do substrato, do adesivo estrutural epóxi, bem como a aplicação das chapas de aço nas vigas podem ser visualizadas na Figura 3.

Figura 3 (a) Preparo das chapas; (b) Aplicação do adesivo estrutural epóxi; (c) Fixação e escoramento das chapas. 

2.2. Aplicação do reforço - 2ª etapa: perfil de aço "U" com mesma espessura.

A partir dos resultados obtidos com os ensaios dos grupos B, C e D, as vigas dos grupos F e G foram preparadas e reforçadas com perfil de aço SAE 1020 com 12 cm de base, abas com altura de 15 cm e espessura de 0,75 mm (formato perfil "U"), sendo que o grupo F apresentava 150 cm de comprimento e o grupo G apresentava 80 cm de comprimento. A diferença no comprimento das chapas foi proposital para avaliar a área de maior concentração de esforços, que se encontra justamente nos pontos de aplicação da carga, ou seja, no terço central da viga.

O adesivo utilizado foi o mesmo descrito no item 2.1. A aplicação pode ser acompanhada na Figura 4, e foi efetuada conforme especificações do fabricante, para os dois comprimentos do perfil: (i) execução de ranhuras na superfície de aço para uma melhor aderência entre o perfil e a superfície de concreto; (ii) superfície de concreto limpa e isenta de pó, graxa, óleo, desmoldantes ou qualquer substância que possa afetar a adesão, efetuada com auxílio de uma escova de aço; (iii) mistura dos componentes A (resina) e B (endurecedor), feita durante 5 minutos; (iv) aplicação do adesivo epóxi nas vigas com espessura mínima de 2 mm; (v) colocação de grampos (sargentos) para que o perfil de aço ficasse pressionado e o mais justo possível junto à viga, favorecendo assim a aderência do perfil ao concreto. Este sistema foi mantido por 7 dias.

Figura 4 (a) Aplicação do adesivo epóxi para ancoragem dos perfis de aço; (b) Colocação de grampos; (c) Sistema de fixação final das chapas. 

2.3. Ensaio de flexão em 4 pontos.

Conforme pode ser observado na Figura 5, as vigas estão posicionadas sob um pórtico metálico, onde a carga foi aplicada por meio de um cilindro hidráulico, com capacidade de 500 kN, transferidos para os terços médios da viga através de perfil metálico, apoiado sobre 2 roletes. Os valores de incremento de carga ao longo do ensaio foram obtidos a partir de uma célula de carga posicionada na base do cilindro. Os deslocamentos no vão central da viga foram medidos a partir de 2 transdutores indutivos de deslocamento (LVDTs) com capacidade de leitura de 100 mm, os quais foram posicionados em lados opostos no vão central da viga com intuito de se obter a média dos valores para uma melhor consideração do deslocamento central da viga. Para aquisição dos dados foi utilizado o sistema Quantum X® que utiliza o software Catman Easy®, ambos da marca HBM.

Figura 5 Desenho esquemático e foto do ensaio de flexão em quatro pontos. 

As verificações foram feitas para analisar o comportamento de cada grupo em diferentes instantes de aplicação de carga: (i) no deslocamento máximo (L/250), permitido pela norma ^{ABNT NBR 6118:2014}; (ii) na carga de ruptura; (iii) destacamento da chapa e modo de ruptura.

3.1 Resultados - 1ª etapa: chapas retas com espessuras diferentes.

Ao aplicar a carga até atingir o deslocamento máximo estabelecido pela norma ABNT NBR 6118:2014, verificou-se que os grupos apresentaram disparidades nos valores de resistência conforme apresentados na Tabela 3. O grupo A é a referência para a análise e interpretação dos resultados em geral por se tratar de vigas sem reforço. Dessa forma, os grupos B, C e D atingiram cargas médias maiores para o deslocamento máximo admissível (7,20 mm), sendo 36% superior do grupo B em relação ao grupo A. Do mesmo modo, o grupo C apresentou um acréscimo de 30% e por fim o grupo D atingiu um carregamento de 26% maior para o deslocamento determinado.

O maior acréscimo de cargas foi de 36%, inferior ao máximo de 50% recomendado por ^{Souza e Ripper (1998)}. O carregamento crescente e os deslocamentos atingidos na ruptura estão dispostos na Tabela 4. Nesta etapa, o comportamento dos percentuais que justificam o aumento da capacidade portante entre os grupos foram semelhantes ao deslocamento máximo permitido por norma (L/250). O grupo B atingiu um carregamento 29% superior ao grupo A, já os deslocamentos obtidos foram próximos entre os dois grupos. Porém, os deslocamentos finais para os grupos C e D se apresentaram abaixo da determinação normativa, pois as vigas atingiram ruptura de forma brusca momentos antes de superar o deslocamento admissível (7,20 mm). Quanto ao carregamento, o grupo C foi 24% mais elevado em comparação ao grupo A, assim como o grupo D, que foi de 16%. O comportamento dos ensaios na íntegra, com os determinados instantes de aplicação de carga, podem ser visualizados na Figura 6.

Figura 6 Comportamento das vigas dos grupos A, B, C e D - carga vs deslocamento. 

As vigas dos grupos C e D não apresentaram a mesma tendência no gráfico (Figura 6), chegando a ruptura em 62,96 kN no grupo C e 59,10 kN no grupo D. Nesses dois grupos, a ruptura do reforço ocorreu de forma brusca em uma das extremidades das vigas, arrancando consigo uma porção de concreto com a chapa de aço colada, que chegava até a armadura positiva. Essas rupturas aconteceram antes de que fosse atingido o limite do deslocamento admissível (L/250).

As imagens das vigas estão apresentadas na Figura 7 para melhor demonstrar o destacamento das chapas e o modo de ruptura durante a realização dos ensaios.

Figura 7 Modo de ruptura - (a) Grupo A; (b) Grupo B; (c) Grupo C e (d) Grupo D. 

Os grupos A e B apresentaram comportamentos semelhantes no que se refere ao aparecimento de fissuras entre os terços médios e o não destacamento da chapa de aço SAE 1020 de 0,75 mm. Os grupos C e D apresentaram comportamentos similares entre eles, em relação as fissuras mais acentuadas, até a extremidade do reforço e o arrancamento do concreto com a chapa até a armadura de combate à flexão. Considerando os resultados não satisfatórios dos grupos C e D, uma solução a ser adotada é a introdução de chumbadores nas extremidades das chapas de aço SAE 1020 coladas, que ajudaria a dissipar o acúmulo de tensões nessa região. Na Figura 8 pode-se observar que com o aumento das espessuras das chapas de aço SAE 1020, ocorre a diminuição da carga de suporte das vigas, ou seja, é um comportamento linear decrescente.

Figura 8 Comportamento das vigas dos grupos B, C e D - carga de ruptura e carga em L/250 vs espessuras das chapas de aço. 

3.2. Resultados - 2ª etapa: chapas com perfil U de mesma espessura.

No carregamento no deslocamento máximo permitido por norma (L/250), o grupo F apresentou 20% de acréscimo na média dos valores em relação ao grupo E (referência), enquanto que o grupo G apresentou um acréscimo médio de 16% (Tabela 5). Nota-se que o grupo reforçado com o perfil de maior comprimento (Grupo F) apresentou maior eficiência quanto à resistência para atingir o deslocamento de 7,2 mm.

No carregamento necessário para levar as vigas à ruptura (Tabela 6), observou-se um incremento de carga maior referente ao grupo F (150 cm). Tal grupo apresentou 14% de aumento de resistência, enquanto que o grupo G apresentou queda de resistência quando comparado ao grupo E (referência), sendo este valor expresso em 6%. A partir do gráfico da Figura 9 é possível observar o comportamento de cada grupo relacionando a carga e o respectivo deslocamento.

Figura 9 Comportamento das vigas dos grupos E, F e G - carga vs deslocamento. 

Observa-se nitidamente o aumento da rigidez da viga com a adição da chapa de aço. Entretanto a viga F1 (Figura 10b) apresentou comportamento diferente das demais, pois houve o destacamento precoce da chapa de aço da viga, diminuindo o acréscimo de resistência do reforço, e posteriormente levando à ruptura com a carga de 60,97 kN, similarmente a viga de referência do grupo E. Tal fato pode ser resultado de uma provável má aplicação do adesivo epóxi, o que não proporcionou boa ancoragem do perfil metálico ao concreto.

Figura 10 Modo de ruptura - (a) Grupo E; (b) Grupo F e (c) Grupo G. 

É possível notar a eficiência do reforço das vigas do grupo F (vigas F2 e F3), com o perfil de 150 cm, porém com cargas elevadas também ocorre o destacamento da chapa (Figura 9). As vigas do grupo B, com o perfil de 80 cm, apresentaram comportamento inferior ao grupo E (grupo de referência). Os deslocamentos médios foram semelhantes entre os grupos E e F, na média de 17,8 mm, enquanto que no grupo G o deslocamento foi em média de 13,0 mm. A viga F1 rompeu por flexão e destacamento do perfil de aço, seguida de esmagamento do concreto na região central da viga. Já as vigas F2 e F3 apresentaram fissuras por cisalhamento e também o rompimento por destacamento do perfil de aço, com o esmagamento do concreto no centro da viga F2 e na viga F3 na região próximo ao apoio. A análise feita das vigas do grupo G, reforçadas com o perfil de aço com 80 cm de comprimento, apresentaram comportamento de fissuras semelhante aos do grupo F: rompimento por destacamento do perfil de aço, sendo que, nas vigas G1 e G3, o arrancamento do concreto foi próximo à região central, e na viga G2, próximo ao apoio.