Fortalecimento de pontes
Tecido de fibra de carbono colado externamente para reforçar as pontes
Para o reforço de pontes rodoviárias danificadas por incêndio, ou outros motivos para melhorar a capacidade de suporte, o método normalmente utilizado é colar tecido de fibra de carbono para reforço.
Prefácio
Nos últimos anos, tem havido uma ocorrência contínua de danos em pontes causados por incêndios. Geralmente, o destacamento do betão da viga da laje, da viga de cobertura e do pilar provoca o estreitamento da secção transversal. Em casos graves, as barras de aço expostas, a perda de pré-tensão das barras de aço pré-esforçadas e a deflexão da viga de chapa aumentam, resultando em fissuras de tração na base da viga de chapa, e assim por diante. Após o acidente, em primeiro lugar, de acordo com a situação real no local, é necessário analisar o tempo e a temperatura do incêndio, avaliar os danos da ponte e a redução da capacidade de suporte, de forma a reforçar a ponte e reduzir ao mínimo as perdas causadas pelo incêndio.
Análise de danos em pontes após incêndio
1.1 danos no betão
Em caso de incêndio, o primeiro dano é o betão. A resistência do betão será perdida após altas temperaturas. Pode verificar-se que, quando a temperatura é inferior a 300 °C, o cristal de pedra de cimento não se altera, apenas a água não ligada interna evapora, e o coeficiente de dilatação térmica do agregado e da pedra de cimento é diferente, resultando em microfissuras, e a resistência do betão é ligeiramente reduzida. Quando a temperatura se encontra entre os 300 e os 600 °C, o hidróxido de cálcio da pasta de cimento é desidratado e decomposto, o cristal é ligeiramente danificado, a pasta de cimento começa a soltar-se e a resistência do betão diminui. A dolomita e o carbonato de cálcio do betão começam a decompor-se quando a temperatura se situa entre os 600 e os 800 °C, o agregado deixa de ser estável e a resistência à compressão do betão diminui drasticamente. Quando a pasta de cimento é exposta a altas temperaturas acima dos 800 °C, a pasta de cimento torna-se um aglomerado descontínuo e a resistência do betão é basicamente perdida. O efeito da temperatura na resistência é apresentado no esquema.
De facto, quando a temperatura não é muito elevada, o betão pode rebentar e lascar devido à dilatação térmica. Quando a água é utilizada para extinguir o fogo, a superfície do betão quente é arrefecida rapidamente pela água, resultando na diferença de tensões internas e externas dos elementos de betão, o que irá agravar o lascar do betão. Assim sendo, o principal dano nas pontes em caso de incêndio é a explosão e o picagem do betão, resultando na redução da espessura da camada protetora e até mesmo da armadura nua. Ao mesmo tempo, a área da secção do elemento diminui. Para a viga de placa, a rigidez à flexão diminui, a deflexão aumenta e aparecem fissuras de tração na parte inferior da placa. O betão não lascar também pode soltar-se devido às altas temperaturas, à redução da resistência e da durabilidade, à fácil corrosão interna do aço e a outros efeitos negativos associados.
1.2 danos na barra de aço
Com o passar do tempo durante o incêndio, a barra de aço será gradualmente aquecida, especialmente após a remoção da camada protetora. A resistência das barras de aço varia pouco a 200 graus Celsius e depois diminui. A resistência máxima, o limite de elasticidade e o módulo de elasticidade das barras de aço diminuem com o aumento da temperatura do incêndio e amolecem a 450 °C. Quando a temperatura atinge os 600-700 °C, a estrutura cristalina interna das barras de aço altera-se, o que resulta numa redução muito grave da resistência e do módulo de elasticidade e numa perda de cerca de metade da resistência. Após o arrefecimento, a resistência do aço é parcialmente restaurada, mas o rearranjo cristalino interno, o limite de elasticidade e a resistência máxima diminuem, e a ductilidade aumenta. Se for utilizada água para extinguir o incêndio, a barra de aço passará pelo processo de têmpera e tornar-se-á quebradiça. As barras de aço pré-esforçadas e as dobradiças de aço pré-esforçadas têm um maior teor de carbono e são muito mais afetadas pelo fogo do que as barras de aço comuns. O relaxamento a alta temperatura provocará grande perda de pré-esforço. Se a camada protetora for completamente removida, a barra de aço será exposta diretamente ao fogo, e a superfície ficará oxidada e enferrujada. Se não for tratada a tempo, a corrosão da barra de aço desenvolver-se-á rapidamente, afetando a sua resistência.
1.3 perda de força coesiva entre o betão armado
Devido ao elevado coeficiente de dilatação térmica da barra de aço, a força de ligação entre a barra de aço e o betão é inicialmente reforçada devido à ligação mais forte entre eles. No entanto, com os danos causados pelo fogo na estrutura da pasta de cimento, a força de ligação é gradualmente destruída, e o desprendimento explosivo da camada protetora de betão provoca uma redução significativa da força de ligação.
Tecnologia de reforço para pontes após incêndio
Reforço de viga de laje
Em caso de incêndio, a viga da laje apresentará geralmente betão partido e lascado, e se não lascado também se soltar, então o reforço da viga da laje necessita primeiro de cortar o betão solto. Se a condição de lascamento for grave e a barra de aço estiver nua, é necessário um tratamento anti-ferrugem. Após uma camada estrutural sólida, é necessário repor a espessura da secção com argamassa de reparação. Quando o lascamento não é grave, pode ser reparado diretamente com argamassa de reparação. Quando a espessura da camada descascada excede os 3-4 cm, é difícil reparar diretamente. A barra de aço pode ser plantada na parte inferior da placa, pelo que a rede de barras de aço ou a rede de arame pode ser pendurada para reparar a espessura original da secção. Se a barra de aço estiver exposta, a remoção de ferrugem e o inibidor de ferrugem devem ser aplicados primeiro na barra de aço e depois reparados para a espessura original da secção.
Como a resistência das barras de aço em lajes e vigas diminui frequentemente após o incêndio, o grau de redução pode ser determinado de acordo com a temperatura e a duração do incêndio, e depois o projeto do reforço para melhorar a capacidade de suporte pode ser realizado. As medidas de reforço de betão podem ser utilizadas com a colagem de chapas de aço ou tecido de fibra de carbono. O reforço em fibra de carbono apresenta as vantagens de elevada resistência, leveza, resistência à corrosão e durabilidade.
Reforço da viga de cobertura
O momento fletor e a força de cisalhamento da viga de cobertura são relativamente grandes, e a viga de cobertura é frequentemente disparada em três lados, pelo que a capacidade de flexão e cisalhamento da viga de cobertura diminui drasticamente após a rotura e o desplacamento do betão. Para melhorar a capacidade de flexão da viga de cobertura, o tecido de fibra de carbono em forma de "U" deve ser fixado na parte inferior da viga de cobertura, semelhante aos estribos, para aumentar a sua capacidade de cisalhamento.
Reforço da coluna do cais
Os pilares de pontes de vigas são geralmente colunas cilíndricas com reforços longitudinais e estribos espirais. O dano mais provável nos pilares durante um incêndio é o lascamento da camada protetora, mesmo das barras de aço nuas, e o betão nos estribos mais graves também pode romper. Consequentemente, a capacidade de suporte dos pilares é reduzida, e as medidas de reforço incluem geralmente a restauração do tamanho da secção e o reforço da capacidade de suporte. Atualmente, o método comum de reforço da capacidade de suporte em engenharia é a utilização de tecido de fibra em torno do método de reforço de aderência, de modo a que o betão interior no estado de compressão tridimensional melhore a capacidade de suporte dos pilares. Outros estudos demonstraram que o desempenho sísmico das colunas reforçadas com tecido de fibra de carbono é significativamente melhorado.
Resumo
Para o reforço de pontes rodoviárias danificadas por incêndio, ou outros motivos para melhorar a capacidade de suporte, o método normalmente utilizado é colar tecido de fibra de carbono para reforço.