concreto armado reforçado com fibras sob cargas de impacto para a segurança de vias públicas

160 Pages·2014·8 MB·Portuguese

by  Cap Magalhães

MINISTÉRIO DA DEFESA
EXÉRCITO BRASILEIRO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES

CAP FRANCISCO LOPES DE MAGALHÃES JUNIOR

CONCRETO ARMADO REFORÇADO COM FIBRAS SOB CARGAS DE IMPACTO
PARA A SEGURANÇA DE VIAS PÚBLICAS

Rio de Janeiro
2012
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CAP FRANCISCO LOPES DE MAGALHÃES JUNIOR

CONCRETO ARMADO REFORÇADO COM FIBRAS SOB CARGAS
DE IMPACTO PARA A SEGURANÇA DE VIAS PÚBLICAS

Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de
Mestrado em Engenharia de Transportes do Instituto
Militar de Engenharia, como requisito parcial para a
obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia
de Transportes.

Orientadores: Prof. Luiz Antonio Vieira Carneiro, D.Sc. e
Prof. Carlos Alexandre Bastos de Vasconcellos, D.Sc.

Rio de Janeiro
2012
1
c2012

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha.
Rio de Janeiro - RJ CEP: 22290-270

Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-
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desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica
completa.

Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do autor e dos
orientadores.

625.7 Magalhães Junior, Francisco Lopes de
M188c Concreto armado reforçado com fibras sob cargas de impacto para a
segurança de vias públicas / Francisco Lopes de Magalhães Junior;
orientado por Luiz Antonio Vieira Carneiro, Carlos Alexandre Bastos de
Vasconcellos – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2012.

159 f.: il.

Dissertação (mestrado). – Instituto Militar de Engenharia. – Rio de
Janeiro, 2012.

1. Engenharia de Transportes. 2. Concreto armado. 3. Impacto
balístico. 4. Fibras de aço. I. Carneiro, Luiz Antonio Vieira. II.
Vasconcellos, Carlos Alexandre Bastos. III. Título. IV. Instituto Militar de
Engenharia.

CDD 625.7

2
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CAP FRANCISCO LOPES DE MAGALHÃES JUNIOR

CONCRETO ARMADO REFORÇADO COM FIBRAS SOB CARGAS
DE IMPACTO PARA A SEGURANÇA DE VIAS PÚBLICAS

Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de
Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a
obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.

Orientadores: Prof. Luiz Antonio Vieira Carneiro, D.Sc.
Prof. Carlos Alexandre Bastos de Vasconcellos, D.Sc.

Aprovada em 27 de julho de 2012 pela Banca Examinadora:

_____________________________________________________________
Prof. Luiz Antonio Vieira Carneiro, D.Sc. do IME

_____________________________________________________________
Prof. Carlos Alexandre Bastos de Vasconcellos, D.Sc. do IME

_____________________________________________________________
Profª. Maria Elizabeth da Nóbrega, D.Sc. da UERJ

_____________________________________________________________
Prof. Giuseppe Barbosa Guimarães, Ph.D. da PUC/RJ

_____________________________________________________________
Prof. Alaelson Vieira Gomes, D.Sc. do IME

Rio de Janeiro
2012
3
AGRADECIMENTOS

A Deus pela vida e pela oportunidade de estar nesse mundo aprendendo a cada
dia mais.
A minha esposa Lenise pelo companheirismo, apoio e cumplicidade durante
todos os obstáculos da vida e da carreira.
A minha sogra Márcia e ao meu sogro Ferlin pelo carinho e apoio nos momentos
de dificuldades durante o trabalho.
Aos meus orientadores Profº Dsc Carneiro e Profº Dsc Vasconcellos pelas
orientações e conselhos durante todas as fases de desenvolvimento do mestrado.
Aos companheiros do CAEx (TC Gatti, Maj Malizia, ST Cézar, 1º Sgt Lima, 2º
Sgt Marcelo Alves, 3º Sgt Santiago, 3º Sgt Machado e 3º Sgt Paiva) pelo apoio
durante os intermináveis ensaios na linha de tiro.
Aos técnicos do laboratório de concreto do IME (3º Sgt Mauro e Vanderley) pelo
apoio durante a confecção dos corpos de prova e ensaios de caracterização dos
materiais.
Ao Sr. Eng. Rodrigo Menegaz Müller, Supervisor de Assessoria Técnica/RJ da
Holcim Brasil S.A., pela doação do cimento utilizado neste trabalho.
A Sr. Carlos Rafael Vieira Guimarães do Departamento de Soluções Ambientais
da Maccaferri América Latina, pelo fornecimento das fibras de aço utilizadas neste
trabalho.
A FAPERJ pelo apoio financeiro para realização da pesquisa.
A todos os professores do IME pelo ensinamento.
Ao IME e ao Exército Brasileiro por proporcionar todas as condições para a
conclusão do mestrado.

4
SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES............................................................................................9
LISTA DE TABELAS...................................................................................................13
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ................................................................16
LISTA DE SIGLAS......................................................................................................18

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 21

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 26
2.1 Breve Resumo Sobre Blindagem ................................................................ 26
2.2 Conceitos Balísticos .................................................................................... 29
2.3 Munição ....................................................................................................... 30
2.3.1 Propelente ................................................................................................... 31
2.3.2 Espoleta ....................................................................................................... 32
2.3.3 Estojo ........................................................................................................... 33
2.3.4 Projéteis ....................................................................................................... 33
2.3.5 Calibre ......................................................................................................... 34
2.3.6 Calibres Utilizados ....................................................................................... 34
2.3.6.1 Calibre 9 mm ................................................................................................ 34
2.3.6.2 Calibre 7,62 mm ........................................................................................... 35
2.3.6.3 Calibre 0.50 pol ............................................................................................ 36
2.4 Efeitos de Cargas de Impacto Sobre o Concreto ........................................ 36
2.5 Reforço de Estuturas de Concreto Contra Impactos Balísticos ................... 39
2.5.1 Fibras de Aço ............................................................................................... 40
2.5.2 Fibras de Carbono ....................................................................................... 40
2.5.3 Fibras de Vidro............................................................................................. 40
2.6 Modelos de Previsão do Comprimento de Penetração................................ 41
2.6.1 Método PETRY MODIFICADO .................................................................... 41
2.6.2 Método UKAEA ............................................................................................ 42
2.6.3 Método WHIFFEN ........................................................................................ 43
2.6.4 Método ACE ................................................................................................ 43
2.6.5 Método HALDAR ......................................................................................... 44
2.6.6 Método ADELI e AMIN ................................................................................. 45
5
2.6.7 Método NDRC MODIFICADO ...................................................................... 45
2.6.8 Método AMMANN e WHITNEY.................................................................... 46
2.6.9 Método BRL MODIFICADA ......................................................................... 46
2.7 Estudos Existentes Sobre Cargas de Impacto em Concreto ....................... 48
2.7.1 FORRESTAL et al. (1996) ........................................................................... 48
2.7.2 FREW et al. (1998) ...................................................................................... 50
2.7.3 LUO et al. (2000) ......................................................................................... 52
2.7.4 SONG et al. (2005) ...................................................................................... 55
2.7.5 ZHANG et al. (2005) .................................................................................... 57
2.7.6 VOSSOUGHI et al. (2007) ........................................................................... 63
2.7.7 DANCYGIER et al. (2007) ........................................................................... 66
2.7.8 MOHAMED et al. (2009) .............................................................................. 69
2.7.9 SOBRAL (2011) ........................................................................................... 72

3 PROGRAMA EXPERIMENTAL .................................................................. 75
3.1 Introdução .................................................................................................... 75
3.2 Ensaios Executados .................................................................................... 76
3.2.1 Nomenclatura Adotada para as Placas ........................................................ 76
3.3 Materiais Utilizados...................................................................................... 79
3.3.1 Concreto ...................................................................................................... 79
3.3.2 Barras de Aço .............................................................................................. 82
3.3.3 Fibras de Aço ............................................................................................... 84
3.3.4 Fibras de Carbono ....................................................................................... 85
3.3.5 Fibras de Vidro............................................................................................. 86
3.3.6 Resina de Imprimação ................................................................................. 87
3.3.7 Resina Epóxi ................................................................................................ 88
3.3.8 Compósito de Resina e Fibras de Carbono ................................................. 89
3.3.9 Compósito de Resina e Fibras de Vidro ...................................................... 89
3.4 Execução das Placas .................................................................................. 90
3.5 Aplicação do Reforço de Resina e Fibras .................................................... 95
3.6 Ensaios Balísticos ....................................................................................... 98
3.6.1 Projéteis Empregados ................................................................................ 104
3.7 Ensaios de Tração Uniaxial nos Compósitos ............................................ 105
6
3.7.1 Ensaio de Tração CFRP ............................................................................ 105
3.7.2 Ensaio de Tração GFRP ............................................................................ 106

4 RESULTADOS DOS ENSAIOS ................................................................ 109
4.1 Resistência do Concreto à Compressão ................................................... 109
4.2 Módulo de Elasticidade do Concreto ......................................................... 112
4.3 Resultados Ensaios Compósito de Resina e Fibras de Vidro .................... 115
4.4 Resultados Ensaios Compósito de Resina e Fibras de Carbono .............. 115
4.5 Variação de Massa das Placas de Concreto ............................................. 116
4.6 Danos nas Faces Anterior e Posterior ....................................................... 119
4.7 Comprimento de Penetração e Estilhaçamento ........................................ 123
4.8 Descrição das Placas Após o Ensaio ........................................................ 128

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................................ 135
5.1 Introdução .................................................................................................. 135
5.2 Resistência do Concreto à Compressão ................................................... 135
5.3 Módulo de Elasticidade Longitudinal do Concreto ..................................... 135
5.4 Variação de Massa das Placas de Concreto ............................................. 136
5.5 Danos nas Faces Anterior e Posterior ....................................................... 138
5.6 Comprimento de Penetração ..................................................................... 141
5.6.1 PETRY MODIFICADO apud VOSSOUGHI et al. (2007) ........................... 142
5.6.2 UKAEA apud LI et al. (2005) ...................................................................... 143
5.6.3 WHIFFEN apud LI et al. (2005) ................................................................. 144
5.6.4 Método ACE apud VOSSOUGHI et al. (2007) ........................................... 145
5.6.5 HALDAR apud VOSSOUGHI et al. (2007) ................................................. 146
5.6.6 ADELI e AMIN apud LI et al. (2005) ........................................................... 147
5.6.7 Método NDRC MODIFICADO apud VOSSOUGHI et al. (2007) ................ 147
5.6.8 AMMANN e WHITNEY apud LI et al. (2005) ............................................. 148
5.6.9 Método BRL MODIFICADO apud VOSSOUGHI et al. (2007) ................... 149
5.6.10 Considerações Gerais ............................................................................... 150
5.7 Comprimento de Estilhaçamento ............................................................... 153

6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS .......... 154
7
7 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .............................................................. 157

8
LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIG. 1.1 “Após tiroteio na Linha Vermelha, polícia busca infratores fugitivos”...........22
FIG. 1.2 Barreira acústica da Linha Vermelha é alvo de tiros.................................... 23
FIG. 1.3 “Atirador entra em escola em Realengo, mata alunos e se suicida”. ........... 24
FIG. 2.1 Fuzil AR-15. ................................................................................................. 28
FIG. 2.2 FAL e Parafal. .............................................................................................. 28
FIG. 2.3 Aramas por níveis de proteção. ................................................................... 28
FIG. 2.4 Trajetória do projétil dentro do cano. ........................................................... 29
FIG. 2.5 Projétil após sair da arma com ação dos gases. ......................................... 29
FIG. 2.6 Viagem de projétil ao alvo. .......................................................................... 30
FIG. 2.7 Projétil após interagir com seu alvo. ............................................................ 30
FIG. 2.8 Partes de um cartucho. ................................................................................ 31
FIG. 2.9 Pólvora. ....................................................................................................... 31
FIG. 2.10 Diversos tipos de espoletas. ...................................................................... 32
FIG. 2.11 Espoletas retiradas do estojo. ................................................................... 32
FIG. 2.12 Estojos diversos. ........................................................................................ 33
FIG. 2.13 Projétil em deslocamento. ......................................................................... 33
FIG. 2.14 Projéteis. .................................................................................................... 34
FIG. 2.15 Projéteis 9 mm. .......................................................................................... 35
FIG. 2.16 Cartuchos 7,62 mm. .................................................................................. 35
FIG. 2.17 Munição comum de 0.50 pol. ..................................................................... 36
FIG. 2.18 Penetração e destacamento no concreto. ................................................. 37
FIG. 2.19 Perfuração, destacamento e estilhaçamento no concreto. ........................ 38
FIG. 2.20 Penetração, destacamento e estilhaçamento no concreto. ....................... 38
FIG. 2.21 Estilhaçamento por punção no concreto. ................................................... 39
FIG. 2.22 Curva f versus K . ..................................................................................... 42
c p
FIG. 2.23 Velocidade projétil versus Penetração no concreto. .................................. 52
FIG. 2.24 Blocos ensaiados por LUO et al. (2000). ................................................... 54
FIG. 2.25 Distribuição de frequência dos ensaios por SONG et al. (2000). .............. 56
FIG. 2.26 Croqui do ensaio de impacto. .................................................................... 57
FIG. 2.27 Efeito da resistência do concreto à compressão no comprimento de
penetração dos corpos de prova de concreto ensaiados por ZHANG et al. (2005). .. 60
9