Retrofit de pontes

Atualmente, muitas pontes existentes na China não cumprem os requisitos de utilização por diversos motivos e necessitam de ser reforçadas. A manutenção, reparação e reforço de estruturas e instalações de betão tornaram-se uma questão urgente. Os materiais tradicionais são frequentemente utilizados para reforço, apresentando uma baixa eficiência, um elevado grau de mecanização e, geralmente, problemas de baixa durabilidade. Resinas especiais e mantas de fibra de carbono são aplicadas na superfície do betão de acordo com os requisitos de projeto, de forma a obter o efeito de reforço da estrutura. As propriedades mecânicas das vigas, bueiros e outras vigas, antes e depois do reforço, foram significativamente melhoradas. De acordo com o estudo experimental, as propriedades de flexão de vigas, lajes e poços de visita com uma camada de manta de fibra de carbono unidirecional podem ser melhoradas em 5 a 8%. Comparativamente a outras técnicas de reforço, como o aço colado e o betão projetado, esta técnica apresenta um baixo peso próprio, uma construção simples, um curto período de construção e uma boa durabilidade. Devido às vantagens de elevada resistência, elevada eficiência, resistência à corrosão e baixo peso próprio, as mantas de fibra de carbono têm sido amplamente utilizadas para reforçar estruturas de betão armado.

1 Visão geral do projeto

O troço da via rápida de Nanchang a Jiujiang (troço) é a principal linha principal da província de Jiangxi, com uma extensão total de 133 km. A sua construção sofreu diversas alterações, como a reconstrução de autoestradas secundárias e o alargamento de autoestradas especiais para automóveis, entre outras. Após mais de dez anos de funcionamento e utilização, o pavimento apresentou um fenómeno de danos tardios mais graves e diversificados, com potenciais riscos para a segurança. Perante isto, os proprietários decidiram realizar uma transformação técnica abrangente em grande escala na via rápida Chang-Jiu. O principal objetivo desta transformação técnica é aumentar a espessura da camada da estrutura do pavimento em 16 a 25 cm, reforçando a camada da estrutura do pavimento existente. Ao mesmo tempo, o duplo declive do pavimento único existente em alguns troços foi alterado para um declive unilateral, de modo a resolver fundamentalmente o perigo oculto da drenagem transversal da autoestrada Chang-Jiu. Para atingir os objectivos de transformação técnica acima mencionados, todas as estruturas de pontes e bueiros ao longo da linha devem ser tratadas e renovadas de acordo com os requisitos acima referidos, e as doenças existentes em várias estruturas devem ser eliminadas simultaneamente.

Existe um total de 849 pontes e bueiros ao longo da via rápida Chang-Jiu, incluindo 79 pontes principais e 26 pontes secundárias. A superestrutura é composta principalmente por lajes ocas pré-esforçadas de apoio simples de 13 m, 16 m e 20 m. Existe um pequeno número de lajes ocas de apoio simples de betão armado comum de 8 m e 10 m, pontes de viga caixão contínua e pontes de viga mista em forma de I. Existem 303 bueiros de tubo redondo, 441 bueiros em arco e passagens com placas de cobertura, alvenaria de caixa e argamassa. Entre eles, existem quase 200 bueiros abertos e bueiros cobertos com uma pequena quantidade de enchimento no topo. Através da investigação, não foram encontrados defeitos estruturais óbvios na estrutura, e a capacidade de suporte geral de todas as estruturas ainda é boa, apenas em partes específicas, como tabuleiro de ponte contínuo, pavimento de tabuleiro de ponte, rolamentos de borracha e outras posições fracas, apareceram mais danos. Portanto, para além de eliminar todos os tipos de doenças existentes, a ênfase desta reconstrução é reforçar e reforçar as pontes da linha principal e do viaduto, os poços de visita e as lajes de telhado e os poços de visita com uma pequena quantidade de aterro, que são muito afetados pela reconstrução da superfície da estrada, de modo a atingir o objetivo de garantir a segurança do tráfego.

2 Propriedades do material

Atualmente, o estado técnico do reforço, reconstrução e reparação estrutural pode ser dividido em métodos de espessamento do betão armado, métodos de pré-adição de volume, métodos de reforço de chapa, isolamento e métodos de absorção sísmica. O método de reforço de fibra de carbono tem as características de baixa densidade relativa, alta resistência à fadiga, boa durabilidade, resistência ao desgaste, construção conveniente, baixo custo e não é restringido pelas condições de construção, não afetando basicamente a forma da estrutura original. Os resultados dos ensaios de vigas de betão reforçadas com PRFV mostram que a rigidez à flexão é aumentada em 17% a 99% e a resistência à flexão é aumentada em 28% a 97% sob carga normal. No ensaio de reforço por cisalhamento, a capacidade de flexão dos elementos reforçados é significativamente melhorada, cerca de 65% a 95%, o que cumpre os requisitos sísmicos de flexão forte e cisalhamento fraco.

3Pressupostos básicos do projeto de reforço

(1) o papel do betão na área de tração é desprezável.

(2) quando a viga é fletida, a deformação do betão, da barra de aço e da fibra de carbono ajusta-se à premissa de secção plana.

(3) a relação tensão-deformação do material de fibra de carbono é linear-elástica: σcf = Ecf × εcf e εcf < 0,01.

(4) antes de se atingir o estado de resistência à flexão final, não há rotura por descolamento de aderência entre o PRFC e o betão.

4 Construção de reforço em fibra de carbono

4.1Configuração do autocolante

(1) As matérias-primas são pesadas com precisão de acordo com as diferentes proporções da mistura, e os ligantes primário, nivelador e colante são alocados, respetivamente. O diluente é adicionado ao material polimérico principal e misturado uniformemente, de seguida é adicionado o enchimento, continuando a agitação até que a mistura esteja homogénea e, por fim, é adicionado o agente de cura, que pode ser utilizado após agitação completa.

(2) Ao colocar o ligante, deve-se ter em atenção os seguintes aspetos: 1-2 kg por cada colocação de primário, 0,5-1 kg por cada colocação de ligante nivelador e 1-2 kg por cada colocação de ligante.

(3) Todos os ingredientes devem ser preparados no prazo de 1 hora.

4.2 Processamento do substrato

(1) A deterioração da superfície do betão, como lascas, cavidades, favo de mel e corrosão, deve ser removida. As fissuras com largura inferior a 0,2 mm devem ser revestidas com resina epóxi e seladas. As fissuras maiores que 0,2 mm devem ser betumadas com resina epóxi.

(2) Lixadora de cantos de betão, lixa e outros equipamentos para remover a lama de betão, gordura e outras impurezas da superfície, a base do componente de betão a ser polido e alisado, especialmente a superfície das partes convexas a polir e a pasta de cantos a ser biselada e polida num arco circular (R < 30 mm).

(3) O soprador limpará a superfície do betão e mantê-la-á seca.

4.3 Primer

(1) A cola base é distribuída de acordo com a relação agente principal: agente de cura = 3:1. O agente principal e o agente de cura são colocados num recipiente, medidos com uma balança de mola e misturados uniformemente com agitadores. A dosagem é determinada de acordo com a temperatura real do local e o tempo de aplicação é rigorosamente controlado. Em geral, utiliza-se 60 mm.

(2) Espalhar o adesivo uniformemente sobre a superfície do componente de betão com um rolo ou trincha, com uma espessura não superior a 0,4 mm, evitando fugas ou bolhas de ar. O tempo de cura é de 3 a 24 horas.

4.4 Nivelamento

(1) Deve ser utilizada massa epóxi reparadora para preencher as partes côncavas da superfície de betão, e agente de reparação para preencher as partes com altura insuficiente, como juntas de gabarito, de forma a minimizar a diferença de altura.

(2) É também aplicada uma esquina de canto para reparar um arco suave com um raio não inferior a 30 mm. Quando a superfície do agente de reparação estiver seca e em contacto com o solo, pode-se avançar para a etapa seguinte.

4.5 Colagem da chapa de fibra de carbono

(1) Certifique-se de que a superfície adesiva está seca, a temperatura está abaixo dos 5°C e a humidade relativa do ar acima dos 85%. Se não existirem medidas eficazes, a manta de fibra de carbono não poderá ser construída.

(2) Misture e esbata o material adesivo (utilizando o mesmo método da cola base), aplique-o uniformemente na parte a colar e pincele com mais força nas juntas de sobreposição, nos cantos de betão e noutras partes. A espessura da escova é ligeiramente superior à da cola base. É estritamente proibido o fenómeno de vazamento e escovagem, e preste especial atenção à aderência das bordas da fibra de carbono.

(3) Após a colagem da manta de fibra de carbono, utilize ferramentas especiais para rolar repetidamente ao longo da direção da fibra para remover as bolhas e fazer com que o adesivo penetre suficientemente na manta de fibra de carbono, e utilize o raspador para raspar a superfície da manta de fibra de carbono para torná-la uniforme. A colagem multicamada deve repetir os passos acima, e a camada seguinte pode ser colada até que a superfície da manta de fibra de carbono esteja seca... (4) Aplique a cola uniformemente na superfície da camada final de CFRP. Role repetidamente ao longo da direção das fibras com a ferramenta e raspe a superfície do tecido de fibra de carbono com um raspador para a uniformizar.

(5) A sobreposição do CFRP ao longo da direção das fibras não deve ser inferior a 10 cm. A resina deve ser aplicada nesta peça e a desespumação e a resina devem ser realizadas normalmente.

5 Medidas de garantia de qualidade

(1) controlo de matéria-prima de fibra de carbono.

Homogeneidade dos materiais: os feixes de fibras de carbono são distribuídos uniformemente, processados em folhas e podem desempenhar um papel de força geral uniforme.

Teor de resina pré-impregnada em chapas de fibra de carbono: A resina pré-impregnada desempenha o papel de contenção mútua das fibras, unindo-as mutuamente numa força comum, mas o seu teor é excessivo e a impregnação é muito espessa, o que não é propício a reparações e reforços. Uma vez que a estrutura de betão reforçado com PRFC depende da resina epóxi aplicada na parte superior e inferior, é necessária a infiltração repetida de chapas de fibra de carbono para a sua conclusão. Se o teor de resina pré-impregnada na chapa de fibra for excessivo, o efeito de penetração da resina será fraco quando a chapa de fibra de carbono é colada, o que afeta diretamente a qualidade da construção.

A percentagem de filamentos de fibra de carbono é muito fácil de ser identificada devido à sua fina espessura de apenas 7 μm. Assim sendo, minimizar a quebra da fibra e garantir a continuidade e integridade da lâmina de fibra é um parâmetro importante para garantir o efeito de reforço final.

(2) Controlo rigoroso da temperatura e humidade no estaleiro. A temperatura da obra deve situar-se entre os 5 e os 35 °C e a humidade relativa do ar não deve ser superior a 85%.

(3) Projeto de colagem de fibra de carbono: o comprimento da sobreposição do tecido de fibra de carbono ao longo da direção da fibra não deve ser inferior a 100 mm. O tecido de fibra de carbono deve ser colado o mais longe possível para evitar obstáculos. Se os obstáculos não puderem ser removidos e tiverem de ser cortados, a parte cortada deverá ser tratada adequadamente, devendo ser determinadas medidas específicas de acordo com as diferentes circunstâncias.

(4) A aceitação no local após a construção serve principalmente para avaliar a qualidade da ligação entre o PRFC e o betão, sendo o efeito de ligação avaliado pelo eco da superfície do PRFC ligeiramente batida com um martelo e outras ferramentas. Se o fenómeno de aderência não for intenso, deve ser utilizado o método de injeção de cola por agulha para o remediar. Se a área de aderência for inferior a 90%, a ligação é considerada inválida e deve ser refeita.

6 Conclusão

As vantagens do reforço de estruturas de betão com CFRP são muito óbvias, e tem uma ampla perspectiva de aplicação em reforços de pontes rodoviárias e bueiros.