tecnicas reforço de estruturas
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
REABILITAÇÃO E REFORÇO
DE ESTRUTURAS
1/2152011/2012
Júlio Appleton; António CostaInstituto Superior Técnico
DE ESTRUTURAS
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO
Enquadramento
Avaliação do comportamento daestrutura
2/2152011/2012
Concepção e dimensionamento
do reforço
Tipos de reforço estrutural
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO
Enquadramento
Avaliação do comportamento daestrutura
3/2152011/2012
Concepção e dimensionamento
do reforço
Tipos de reforço estrutural
Reabilitação e Reforço de Estruturas
A intervenção numa estrutura existente com o object ivo de melhorar ou corrigir o seu
comportamento estrutural está geralmente associada às seguintes situações:
−−−− Alteração das acções actuantesEx: −−−− Aumento das acções actuantes devido a uma nova util ização
−−−− Adequação do nível de segurança da estrutura para a s acções especificadas
na nova regulamentação (p.e. sobrecargas rodoviária s e ferroviárias)
−−−− Alteração geometria da estrutura ou modificação do sistema estrutural
4/2152011/2012
Ex: necessidade de eliminar elementos estruturais
−−−− Correcção de anomalias associadas a deficiências de projecto deexecução ou de exploraçãoEx: −−−− Deficiente capacidade resistente para as acções pre vistas
−−−− Deficiente comportamento em serviço (fendilhação, d eformação, vibração,...)
−−−− Danos causados por uma utilização não prevista da e strutura.
−−−− Aumento do nível de segurançaEx: - melhorar o comportamento estrutural para a acç ão sísmica de obras antigas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Principais dificuldades
−−−− Informação relativa ao projecto, execução e explora ção das obras difícil de obter e frequentemente inexistente.
−−−− Com excepção de alguns tipos de intervenção, verifi ca-se uma ausência genérica de regulamentação sobre reforço de estruturas.
−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de form a integrada o projecto e execução
5/2152011/2012
−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de form a integrada o projecto e execução do reforço nas suas diversas componentes: metodolog ias de intervenção, dimensionamento, procedimentos de execução, especif icação e controlo de qualidade.
−−−− Dificuldades relativas à análise estrutural e avali ação da segurança das obras a reforçar e ao dimensionamento do próprio reforço.
−−−− Em obras de reforço cada caso constitui uma situaçã o particular com as suas próprias especificidades, sendo raro encontrar na literatura situações semelhantes.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Enquadramento Geral de uma Intervenção de Reforço
� Avaliação da situação
Inspecção – Registo e análise das anomalias
Avaliação do comportamento estrutural
Diagnóstico – Causas e explicações das anomalias
Definição dos objectivos a atingir com a intervençã o
6/2152011/2012
Definição dos objectivos a atingir com a intervençã o
� Tipos de Intervenção
Demolição Total ou Parcial
Limitar o Uso
Substituir ou Introduzir Novos Elementos
Reparar os Elementos Danificados
Reforçar os Elementos Existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Avaliação da situação
1 −−−− Recolha de informação
Elementos do projectoDesenhos
Cálculos
Especificações técnicas
Controlo de qualidade
7/2152011/2012
Elementos de Obra
Exploração da Obra
Controlo de qualidade
Livro de registo de obra
Alterações ao projecto
Planos de betonagem
….
Acções actuantes
Manutenção e reparação
….
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Avaliação da situação
2 −−−− Inspecção Visual
Exame visual da superfície do betão
qualidade do betãodefeitos de execuçãofendilhação deformaçãodeterioração
8/2152011/2012
Percepção do funcionamento estrutural
Registo de danos
erros de concepção e execução
deficiente utilização
tipos de apoios
….
danos estruturais
deterioração do betão
corrosão das armaduras
….
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Avaliação da situação
3 −−−− Inspecção detalhada
Dependendo do tipo e extensão das anomalias observa das pode ser necessário
efectuar uma inspecção visual mais minuciosa e real izar diversos tipos de
ensaios.
9/2152011/2012
Principais aspectos a analisar:
•••• Verificação das dimensões dos elementos estruturais (relação projecto/obra)
•••• Propriedades mecânicas do betão e do aço
•••• Resposta estática e dinâmica da estrutura
•••• Avaliação do nível e tipo de deterioração da obra
•••• Avaliação das condições de fundação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Avaliação da situação
4 −−−− Avaliação da segurança da estrutura
•••• Modelo de comportamento estrutural
−−−− Verificação aos estados limites últimos
−−−− Verificação aos estados limites de utilização
10/2152011/2012
−−−− Verificação aos estados limites de utilização
Analisar duas situações:
−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as exigências para as quais
foi projectada
−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as novas exigê ncias de exploração
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO
Enquadramento
Avaliação do comportamento daestrutura
11/2152011/2012
Concepção e dimensionamento
do reforço
Tipos de reforço estrutural
Reabilitação e Reforço de Estruturas
� Regulamentação no domínio das acções
1897 – Regulamento para projecto, provas e vigilânci a das pontes metálicas
1929 – Dec. 16781
REGULAMENTAÇÃO ANTIGA
12/2152011/2012
1929 – Dec. 16781
Regulamento das pontes metálicas
(diversas alterações até 1958)
1961 – Dec. 44041
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes
1983 – Dec. 235/83
Regulamento de Segurança e Acções
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Regulamento Sobrecarga Rodoviária
Regulamento das Pontes Metálicas 1897
Sobrecarga uniforme 400 kg/m 2 (l > 30m)Para l < 30 m: sobrecarga mais elevada numa faixa com 2.5 m
Veículos de 12 ton com 4 rodas
Regulamento das Pontes Metálicas 1929
(alterado em 1958)
Sobrecarga uniforme variável com o vão≥ 500 kg/m 2 x coef. dinâmico400 kg/m 2 no passeio
13/2152011/2012
(alterado em 1958)Veículos de 32 ton (alterado em 1958 para 60/45/3 0 ton para as classes A, B e C)
RSEP 1961 Sobrecarga uniforme 300 kg/m 2
Carga de faca 5 ton/m
Veículos de 60/45/30 ton para as classes A, B e C (coef. dinâmico 1.2)
RSA 1983 Sobrecarga uniforme 4 kN/m 2
Carga de faca 50 kN/m
Veículos de 600/300 kN para as classes I e II
Reabilitação e Reforço de Estruturas
� Regulamentação no domínio das estruturas de betão a rmado
1918 – Dec. 4036 de 28/3/1918
Regulamento para o emprego do beton armado
1935 – Dec. 25948 de 16/10/1935
14/2152011/2012
Regulamento do Betão Armado (RBA)
1967 – Dec. 47723 de 25/5/1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado (REBA)
1983 – Dec. 349-c/83 de 30/7/1983
Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esf orçado (REBAP)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1918
Regulamento para o emprego do beton armado
Dec. 4036 de 28/3/1918
— Preparado pela Associação dos Engenheiros Civis Portugueses
— Necessidade de “regulamentar as construções de beton que tinham uma grande aplicação”
15/2152011/2012
Obrigatoriedade de aprovação do projecto
Betão — dosagem tipo
Princípios básicos do betão armado
Critérios de segurança — Tensões limites admissíveis
Execução de trabalhos — …
Recobrimentos - 20 mm (vigas e pilares em geral)
- 40 mm (protecção contra o ataque da água do mar)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1935
Regulamento do Betão Armado
RBA
Dec. 25948 de 16/10/1935
— Preparado por uma Comissão nomeada pelo Ministério das Obras Públicas e Comunicações
— Análise da Regulamentação Europeia (Reg. Francesa, Belga, Suiça, Italiana, E.U.A., Alemanha, …)
16/2152011/2012
— Análise da Regulamentação Europeia (Reg. Francesa, Belga, Suiça, Italiana, E.U.A., Alemanha, …)
— Bases de Cálculo - Acções (cargas)
- Cálculos de Resistência - Tensões limites e admissíveis (limites de fadiga)
- Modelação: análise linear
- Lajes - indicações pormenorizadas
- Encurvadura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
RBA - 1935
17/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
RBA - 1935
18/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado
REBA
Dec. 47723 de 20/5/1967
— Preparado por uma Comissão criada no Conselho Superior de Obras Públicas com base em trabalho preliminar do LNEC
— Nova concepção da verificação da segurança em relação a estados “de ruína”
— Conceitos de valores característicos, …
19/2152011/2012
— Novos tipos de aços
A24/A40/A50/A60
Liso/Nervurado
— Betão - B180 … B400
— Bases de Cálculo
- Cálculo da Resistência - Estados de Rotura
- Modelação - Conceitos de análise não linear, redistribuição, cálculo plástico
- Evolução nos modelos de comportamento do betão armado
- Recobrimentos - baixos
Reabilitação e Reforço de Estruturas
20/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1983
Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado
REBAP
— Estruturas Pré-Esforçadas, tratadas de forma unificado (Betão Armado Pré-Esforçado)
— Sistema Internacional de Unidades e Simbologia (ISO3898)
— Conceito de Níveis de Tolerância da Execução dos Trabalhos e Controlo da Qualidade
21/2152011/2012
— Conceito de Níveis de Tolerância da Execução dos Trabalhos e Controlo da Qualidade
— Disposições Construtivas mais detalhadas e Conceito de Estruturas de Ductilidade melhorada� cintagem adequada nos pilares
— E.L.U. do Punçoamento
— Redes Electrosoldadas
— Conceito de durabilidade ainda não suficientemente desenvolvido (assim como recobrimentoinsuficientes)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935)
E REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
22/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935)
E REBAP (1983)
ESFORÇO TRANSVERSO
23/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ELEMENTOS COM ARMADURAS TRANSVERSAIS
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967)
E REBAP (1983)
24/2152011/2012
Vcd = τ0 bd
τ0 = 1.5MPa
Vcd = 0.6 τ1 (1.6 – d) bd
τ1 = 0.75MPa
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
REBA
REBAP
V - LAJES
B 300τ =V
Vτ1,bd
0.6
0.6
0.96
2.0
d [m]
bd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967)
E REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
FLEXÃO COMPOSTA
25/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Regulamento Betões Aços Recobrimentos Cálculo
1918
Regulamento para o Emprego
do Beton Armado
Dec. 4036 de 28/3
dosagem c = 300Kg ag = 400 l br = 800 l
σ ≥ 120Kg/cm2 (28d.)
≥ 180Kg/cm2 (90d.)
apiloamento/cura húmida 7 d.
fsu = 3800 a 4600 Kgf/cm2
fsy ≥ fsu/2
εu = 22%
evitar soldaduras
C ≥ 1.5 ∅
2cm (vigas/pil.)
1cm (lajes)
C duplo – junto ao mar
prot. fogo
Tensões (Fadiga)
Limites Admissíveis
1935
Regulamento do Betão
Armado
Dec. 25948 de 16/10
dosagem ≈
σ ≥ 180Kg/cm2 (28d.)
apiloamento ou vibração cura
húmida – 8 d.
fsu = 3700 Kgf/cm2
fsy ≥ 0.6 fsu
εu = 24%
evitar soldaduras
lajes viga/pil. C ≥ 1.0 1.0 1.5 2.0 (ar livre) 2.0 Líquidos, ∆t 4.0 – ág. mar
Tensões Admissíveis
1967
Regulamento de Estruturas de
B180/225/300/350/400
f (Kgf/cm2)
A24/A40/A50/A60
f Kgf/mm2
4cm ≥ C ≥ ∅
1.0
Estados Limites
26/2152011/2012
Regulamento de Estruturas de
Betão Armado
Dec. 47723 de 20/5
fck (Kgf/cm2)
+ RBLH (Dec. 404/71 de 23/6)
Betões Tipo B/BD
fsk Kgf/mm2
(Liso/Nervurado)
+ Doc Homol – LNEC
1.0
2.0 – ñ.protegid
C↑ – corrosão/fogo ...
+ RSEP (Tipo I/II)
1983
Regulamento de Estruturas de
Betão Armado e Pré-
Esforçado
Dec. 349 – c/83 de 30/7
B15/...B55
fck (MPa)
+ RBLH – cura húmida controlo A/C ...
A235/A400/A500
fsk (MPa)
+ Esp – LNEC
Tipo Ambiente
Pouco agress - 2.0
Moder agress - 3.0
Muito agress - 4.0
B↑ C↓
Estados Limites
+ RSA
2008
Eurocódigo 2 – Parte 1
Projecto de Estruturas de
Betão
DNA
C12/15; ... C90/105
fck (MPa) cil/cubos
+ EN 206
A400/A500
+ Esp – LNEC
+ EN 10080 e 10138
Classes Exposição X0;
XC; XS; XD; XF; XA
C = 15 a 65mm
Qualidade do betão de
recobrimento
Estados Limites
+ EC1/EC8
Reabilitação e Reforço de Estruturas
E.L. UtilizaçãoModelo elástico linear com K ajustado
E.L. Últimos
ELÁSTICO LINEAR S
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
27/2152011/2012
Modelo elástico linear
Modelo elástico linear com redistribuição de esforços
Modelo plástico
Modelo não linear
PLÁSTICO
NÃO LINEAR
LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS
δδδδ
LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS
NÃO LINEAR
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOSExemplos:
E2
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
28/2152011/2012
E1
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ANÁLISE PLÁSTICA – Carga última de uma vigaExemplos:
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
29/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ANÁLISE PLÁSTICA
Carga última de uma laje
Exemplos:
30/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
Exemplo: Avaliação da segurança do tabuleiro de uma ponte
31/2152011/2012
VIGAS
LONG.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
Anomalias
32/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTOAnálise estrutural – Verificação da segurança
– Momentos flectores - Análise elástica (carga pe rmanente)
-200 KNm 327 KNm -628 KNm
33/2152011/2012
736 KN
-787 KN
– Esforços axiais - Análise elástica
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
Análise estrutural – Verificação da segurança
-390 KNm0 KNm
-1167 KNm
– Momentos flectores - Análise elástica c/ redis tribuição de esforços
34/2152011/2012
– Esforços axiais - Análise elástica c/ redistri buição de esforços
836 KN
-911 KN
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTOAnálise Não Linear
Modelo de Elementos Finitos
35/2152011/2012
– Fendilhação (carga permanente)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
– Momentos flectores [MNm] (carga permanente)
-2.
557E
-02
-2.
891E
-01
7.1
20E
-02
6.1
45E
-02
9.7
42E
-02 -
6.69
7E-0
1
-1.
254E
-01
-4.216E-01
1.419E-01
-1.906E+00
2.4
38E
-02
-2.720E-02 -
2.47
6E-0
2
-6.362E-01
-5.727E-01
4.664E-02
-1.786E-01
– Esforços axiais [MN]
36/2152011/2012
-4.216E-01
1.419E-01
2.4
38E
-02
7.2
10E
-01
7.1
95E
-01
7.2
41E
-01
5.7
12E
-01
6.1
36E
-01
4.6
26E
-01
4.9
76E
-01
-6.
384E
-05 2
.650
E-0
3
7.5
06E
-04
1.2
15E
-03
9.1
81E
-05
2.3
51E
-04
6.0
01E
-06
7.3
90E
-05
-1.102E+00
-1.521E-01
-6.
843E
-01
-6.828E-01
-6.853E-01
-6.790E-01
-6.801E-01
-6.764E-01
-6.794E-01
-1.858E-01 4.890E-02
-2.759E-01
-2.306E-01
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
Análise Não Linear – avaliação da capacidade de carg a
- Configuração de rotura (CP + 1.7 x VT)
VT
37/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Consideração do efeito do nível de danos na avaliaç ão da segurança
[CEB-Bul. 162]
•••• Método simplificado
Em função do tipo e nível de danos da estrutura são estabelecidos coeficientes
empíricos para redução da resistência e rigidez:
38/2152011/2012
Coeficiente r R e rk
rR = Rres
Ri rk =
Kres
K i
Rres – resistência residual
Ri – resistência inicial
Kres – rigidez residual
K i – rigidez inicial
Reabilitação e Reforço de Estruturas
rR = R res / R i
Construção Nível A Nível B Nível C Nível D
Nova 0.95 0.75 0.45 0.15
Antiga 0.80 0.60 0.30 0
rK = K res / K i = 80% rR
Danos provocados
por sismos
Dan
os li
geiro
s
39/2152011/2012
Dan
os li
geiro
sD
anos
sev
eros
Níveis de danos nos pilares
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•••• Nível A – fissuras de flexão isoladas com larguras inferiores a 1 – 2 mm, desde que um cálculo simples demonstre que estas fissuras não sã o devidas a deficiência da armadura para as acções de dimensionamento, mas sim devidas a efeitos localizados (juntas de construção, restrições devidas a paredes divisórias , choques ligeiros, acções térmicas iniciais, retracções, etc.).
•••• Nível B – várias fissuras de flexão largas, ou fissuras de co rte diagonais isoladas com larguras inferiores a cerca de 0.5 mm, não existind o deslocamentos residuais.
•••• Nível C – fissuras de corte bi -diagonais e/ou esmagamento localizados no betão dev idos a
Danos provocados por sismos
40/2152011/2012
•••• Nível C – fissuras de corte bi -diagonais e/ou esmagamento localizados no betão dev idos a corte e compressão, não existindo deslocamentos res iduais apreciáveis; ocorrência de fendilhação em nós de ligação viga/pilar.
•••• Nível D – rotura do núcleo de betão do elemento, encurvadura dos varões (o elemento perdeu a continuidade mas não colapsou), existindo apenas pequenos deslocamentos residuais (verticais e horizontais); ocorrência de danos severos em nós de ligação pilar/viga.
•••• Nível E – colapso parcial de um ou mais elementos verticais.
Nota: se as condições relativas aos deslocamentos residuais não forem cumpridas num dado
nível de dano, este é aumentado para o nível seguin te.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
rR = R res / R i
Construção Nível A Nível B Nível C Nível D
Nova 0.95 0.80 0.65 0.40
Antiga 0.90 0.75 0.60 0.30
rK = K res / K i = 80% rR
Danos provocados por incêndios
Dan
os li
geiro
s
41/2152011/2012
Dan
os li
geiro
sD
anos
sev
eros
Níveis de danos nos pilares
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Danos provocados por incêndio
•••• Nível A – sem danos, excepto algum descasque mínimo do acabam ento e/ou do betão.
•••• Nível B – acabamento bastante afectado, algum descasque do be tão; microfissuração generalizada da superfície do betão e eventual cor rosada, o que dependerá dos agregados.
•••• Nível C – arranque generalizado do acabamento, descasque sign ificativo do betão e eventual cor cinzento avermelhado/esbranquiçado; os varões ainda estão aderentes ao betão, sem que mais que um varão no caso de pilares ou até 10% da armadura principal
42/2152011/2012
betão, sem que mais que um varão no caso de pilares ou até 10% da armadura principal no caso de vigas e lajes, tenha encurvado.
•••• Nível D – danos severos, descasque generalizado do betão deix ando à vista praticamente toda a armadura; o betão possui uma co r amarelo acastanhado; mais do que um varão no caso de pilares ou até 50% da armadura principal no caso de vigas e lajes encurvou, podendo existir distorção dos pilares; ev entuais fissuras de corte com poucos mm de largura dos pilares; eventuais fissuras de fl exão/corte com vários mm de largura nas vigas e lajes e possíveis flechas apreciáveis.
•••• Nível E – colapso parcial de elementos verticais.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Danos provocados por corrosão de armaduras
•••• Nível A – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudina l, perda de secção de armadura ≤≤≤≤ 1%.
•••• Nível B – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudina l e transversal, algum descasque do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 5%.
•••• Nível C – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque significativo do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 10%.
•••• Nível D – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas zonas deixando a armadura à vista, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 25%, eventuais
43/2152011/2012
zonas deixando a armadura à vista, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 25%, eventuais deslocamentos residuais.
•••• Nível E – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas zonas deixando a armadura à vista, encurvadura da a rmadura em pilares, rotura de algumas cintas e estribos, deslocamentos residuais nítidos.
rR = Rres/Ri Idade do Betão
Nível A Nível B Nível C Nível D
Novo 0.95 0.80 0.60 0.35
Velho 0.85 0.70 0.50 0.25
rk = Kres/K i = 80% rr
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Classificação dos elementos estruturais
[CEB – GTG21]
Coeficiente de capacidade: φφφφ = R '
d
S 'd
R'd
S 'd
– Esforço residual resistente
– Esforço actuante
44/2152011/2012
−−−− Não aceitáveis φφφφ ≤≤≤≤ 0.5 é necessário intervir de imediato
−−−− Não reparáveis φφφφ << devem ser demolidos
Em função da importância e tipo de utilização da es trutura e do nível de danos verificado
serão definidos os tipos de intervenção a implement ar.
−−−− Aceitáveis φφφφ ≥≥≥≥ 1
−−−− Toleráveis 0.5 < φφφφ < 1 são aceitáveis sob certas condições, tendo em ate nção aspectos sociais, históricos e económicos. No caso de estrut uras correntes a reparação/reforço deverá ser realizada dentro de 1 a 2 anos.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aspectos a considerar :
Reforço Selectivo
� Minimizar a intervenção explorando de forma eficien te a ductilidade e a
Concepção da Intervenção
Concepção e Dimensionamento do Reforço
45/2152011/2012
capacidade resistente da estrutura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensionamento do Reforço
Métodos simplificadosMétodo dos coeficientes globais
Concepção e Dimensionamento do Reforço
46/2152011/2012
Modelos numéricos completos
- simulação das tensões iniciais dos materiais existentes
- simulação dos mecanismos de transferência de tensões entre os materiais
de reforço e os existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Método dos coeficientes globais
1 −−−− Determinação da resistência como se a estrutura fos se monolítica e
sem danos: Ri
2 −−−− Aplicar coeficiente de monolitismo γγγγn,R : Rr = γγγγn,R Ri
Valores a título indicativo função da tecnologia de reforço
γγγγn,R
47/2152011/2012
Valores a título indicativo função da tecnologia de reforço
Responsabilidade do projectista
γγγγn,R
3 −−−− Verificar a ligação entre o material de reforço e o elemento existente
ττττSd ≤≤≤≤ ττττRd
σσσσSd ≤≤≤≤ σσσσRd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELO DE COMPORTAMENTO
ESTADO LIMITE ÚLTIMO DE FLEXÃO
48/2152011/2012
VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA: Msd < M’rd = Mrd + ∆∆∆∆ Mrd
M’rd = γγγγ n,R Mrd (As + Asr)Método coeficientes globais �
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MODELO DE COMPORTAMENTO
E. L. ÚLTIMO DA LIGAÇÃO DA ARMADURA DE REFORÇO À ES TRUTURA
O dimensionamento pode ser
realizado adoptando um modelo
plástico ou modelo elástico
dependendo da ductilidade da
ligação
49/2152011/2012
Modelo elástico
4FSR
l0Modelo plástico
Reabilitação e Reforço de Estruturas
B
A
ττττTensões de corte na interface
Avaliação das tensões na interface da ligação
Modelo elástico
50/2152011/2012
p2 (x3)
x1
x2
As
x2
x3
A
B
p2 (x3)
bI
SVστ
1
0,1223 ==
z b
V
b
fτ
2==�Hipótese
Linha Neutra acima da Interface
• A0 é a área da secção acima da interface;
• S0,1 é o momento estático da área A0 em relação ao eixo x1;
• I1 é o momento de inércia da secção em relação ao eixo x1.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Ligação entre superfícies de betão existente/be tão novo sem conectores
•••• Aplicação restrita
−−−− Ausência de tracções
−−−− Tensões de corte baixas
−−−− Carregamentos monotónicos
−−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da z ona de ligação
Dimensionamento das ligações
51/2152011/2012
−−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da z ona de ligação
•••• Requer um nível de controlo de qualidade elevado
−−−− Preparação de superfícies
−−−− Composição do betão – baixa retracção
−−−− Cura do betão
A ligação é feita por ADERÊNCIA
Aderência Adesão (natureza química)
Atrito (natureza física)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Adesão
ττττrd,a = ηηηη f'ctd
f'ctd – tensão de rotura à tracção do betão existente
ηηηη = 0.25 a 1.0 consoante o tipo de superfície [EC8-part 1.4, 1995]
ηηηη = [MC90]0.2 superfícies lisas
0.4 superfícies rugosas
Atrito
52/2152011/2012
Atrito
Interfaces lisas ττττRd,f = 0.4 σσσσcd[MC90; EC8]
Interfaces rugosas ττττRd,f = 0.4 (fcd )4/3(σcd)2/3
σσσσcd – tensão de compressão na interface
As parcelas de adesão e atrito não devem ser somada s directamente com os seus valores máximos pois envol vemdeslizamentos diferentes na interface.
ATRITO
ADESÃO S (deslizamento)
ττττ
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Ligações entre superfícies de betão existente/b etão novo com conectores
•••• Ligação mais fiável
Mecanismos de resistência
−−−− Adesão
−−−− Atrito
−−−− Efeito de costura dos conectores
−−−− Resistência ao corte dos conectores
ττττRd = ηηηη f’ ctd + µµµµ (σσσσcd + ρρρρb fsyd,b ) ≤≤≤≤ 0.25 f’ cd[MC90]
53/2152011/2012
atrito efeito decostura
τ σn
ws
τ
σs
σs
σn
ρρρρb ≥≥≥≥ 0.10% percentagem da área dos conectores
s – Deslizamento entre Facesw – Afastamento entre Facesτ – Tensão de Corte na Interfaceσs – Tensão de tracção nas Armaduras Transversais à Interfaceσn – Tensão de Compressão sobre a Interface.
Efeito de Costura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
vRd,i = c fctd + µµµµ σσσσn + ρρρρb fyd,b (µµµµ sen αααα + cos αααα) ≤≤≤≤ 0.5 νννν fcd atrito e feito de costura
[EC2]
αααα
Distribuição da armadura de costura
54/2152011/2012
Tipos de
superfície Descrição c µµµµ
Muito lisa Cofragem metálica; plástico; madeira lisa
(Superfícies cofradas) 0.25 0.5
Lisa Superfícies não cofradas ou com cofragem
rugosa 0.35 0.6
Rugosa Superfície com rugosidade mínima de
3mm e espaçamento ∼∼∼∼40mm 0.45 0.7
Indentada Indentações com geometria definida (EC2) 0.50 0.9
Para cargas dinâmicas ou cíclicas os valores de C d evem ser reduzidos a metade
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Resistência ao corte dos conectores
VRd,b = φφφφ2b [ ]1 + (1.3 εεεε)2 −−−− 1.3 εεεε fcd fsyd.b (1 −−−− ττττ2) <
As.b fsyd.b
3
εεεε = 3 lφφφφb
fcd
fsyd.b ττττ =
σσσσs.b
fsyd.b As,b =
ππππ φφφφ2b
4
φφφφ – diâmetro do conector
[MC 90]
55/2152011/2012
φφφφb – diâmetro do conector
As,b – área da secção do conector
l – excentricidade da carga
σσσσs,b – tensão de tracção no conector
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Ligação entre superfícies de betão existente/re sina/chapas metálicas sem conectores
•••• A ligação é feita por ADESÃO
−−−− Adesão resina/betão
−−−− Adesão resina/aço
•••• Aspectos a considerar
56/2152011/2012
• necessário colocar conectores ou outros dispositivo s de amarração nas extremidades
das chapas para absorver as forças de arranque que aí se geram
• amarração fora das zonas críticas de potencial form ação de rótulas plásticas
• protecção contra o fogo
• controlo de qualidade elevado: preparação de superf ícies, resina, injecção ou colagem
ττττrd,g = f 'ctkγγγγm
= f 'ctd [CEB GTG21]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Amarração nas extremidades [EC8]
NSd,r = As,r fsyk ≤≤≤≤ NRd,g + NRd,b,n
NRd,b,n ≥≥≥≥ max
Nsd.r -
23 NRd.g
Nsd.r
2
57/2152011/2012
NRd.g = lg b f 'ctd
lg – comprimento da amarração
b – largura da chapa
NRd,b,n = n NRd,b
n – número de conectores
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Ligação entre superfícies de betão existente/re sina/chapas metálicas com conectores
Chapas metálicas com conectores
•••• Ligação mais fiável
•••• A ligação é feita por: −−−− Adesão resina/betão
−−−− Resistência ao corte dos conectores
ττττRd = ττττRd,g + ττττRd,b
58/2152011/2012
−−−− ττττRd,g = f 'ctd + 0.2 MPa [CEB – GTG 21]
implica →→→→ 2 conectores por secção com espaçamentos ≤≤≤≤ 200mm
Considerando que a mobilização da resistência das pa rcelas da adesão e conectores envolvem deslizamentos diferentes:
−−−− ττττRd,b = γγγγn,R n VRd.b
Ac
VRd,b – resistência ao corte de cada conector
n – número de conectores
Ac – área da interface
γγγγn,R = [0.7] coeficiente de monolitismo
−−−− ττττRd,g ≈≈≈≈ 0.5 Mpa e ττττRd,b = n VRd.b
Ac [IST]
Alternativa:
Reabilitação e Reforço de Estruturas
TIPOS DE INTERVENÇÃO DE REFORÇO ESTRUTURAL
Reforço por Adição deArmaduras Exteriores
Reforço com Encamisamento (Armaduras e Betão/Argamassas )
Metálicas
Fibras de carbono, vidro, aramida(CFRP; GFRP; AFRP)
59/2152011/2012
Reforço com Encamisamento (Armaduras e Betão/Argamassas )
Pré-esforço Exterior
Substituição por Novos Elementos
Adição de Novos Elementos
Cabos de aço
Laminados de carbono
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS EXTERIORES
Reforço por colagem de chapas metálicas
60/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço por colagem de chapas metálicas
•••• Campos de aplicação
−−−− Quando há deficiência de armaduras
−−−− O betão é de boa/média qualidade
−−−− É inconveniente o aumento das secções
61/2152011/2012
−−−− É inconveniente o aumento das secções
−−−− O reforço é moderado
−−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço trans verso
−−−− Reforço em lajes ao momento flector
−−−− Mais adequado para acções monotónicas
−−−− (Não se aplica no reforço à compressão -tendência d as chapas a encurvarem-)
−−−− (Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•••• Aspectos principais da solução
−−−− Rapidez de execução e interferência mínima na utili zação da estrutura
−−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fl uência para cargas permanentes, mau
comportamento ao fogo e à fadiga
−−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características da resina, execução dos trabalhos, ...
−−−− Requer empresas e pessoal técnico especializado
62/2152011/2012
−−−− A espessura das chapas varia, em geral, de 3 a 10mm
−−−− O aço deve trabalhar a baixas tensões por forma a n ão serem necessárias deformações
excessivas para mobilizar a sua capacidade resisten te ⇒ Fe 360
−−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por inj ecção ou por espatulamento
−−−− A ligação deve ser complementada com conectores e a s chapas devem ser
convenientemente amarradas nas extremidades
−−−− As chapas devem ser protegidas contra a corrosão e a acção do fogo.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•••• Características médias da resina
−−−− Resistente à compressão 80 a 120 MPa
−−−− Resistência à tracção 40 a 55 MPa
−−−− Resistência à tracção por Flexão 25 a 35 MPa
−−−− Resistência ao corte 12 a 20 MPa
−−−− Adesão Aço-Resina 1 a 6 MPa
−−−− Adesão Betão -Resina 2 a 8 MPa
63/2152011/2012
−−−− Adesão Betão -Resina 2 a 8 MPa
−−−− Módulo de Elasticidade 2 a 17 GPa
−−−− Coeficiente de Poisson 0.27
−−−− Coeficiente de Fluência para uma compressão
de 40 MPa 12
−−−− A espessura da camada da resina de colagem deverá s er a menor possível por forma
a reduzir as deformações a longo prazo por fluência ⇒ (e ≤ 1 a 3 mm)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1 – Escoramento- Controlar: deformação das secções;
deslocamentos
- Evitar colapsos durante a reparação
2 – Preparação da superfície
� garantir ligação adequada entre as chapas e o betão
EXECUÇÃO
64/2152011/2012
a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulha s;
jacto de areia;
jacto de água de alta pressão
b) limpeza – jacto de água
3 – Colocação das chapas– furação do betão; colocação dos conectores
4 – Colagem das chapas
– selagem e injecção de resina epóxi
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EXECUÇÃO
Preparação de superfíciesMartelo de agulhas
Jacto de areia
65/2152011/2012
Jacto de água
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EXECUÇÃO
Preparação de superfíciesJacto de água de alta pressão
66/2152011/2012
Diferentes níveis de preparação de superfície
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EXECUÇÃO
Preparação de superfícies
Jacto de areia e água
67/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EXECUÇÃO
Colocação e colagem das chapas
68/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
CONTROLO DE QUALIDADE
ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA - BETÃO
69/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
CONTROLO DE QUALIDADE
ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA – CHAPA METÁLICA
70/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO À FLEXÃORecomendações:
71/2152011/2012
SEM CONECTORES COM CONECTORES
ts ≤≤≤≤ 4mm t s ≤≤≤≤ 12mm
tg ≤≤≤≤ 2mm t g ≤≤≤≤ 2mm
50 ≤ bs ≤ 300mm
As,r ≤≤≤≤ 3/4 As,i
∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ 0.5 MRd,i ∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ MRd,I
La,min ≥≥≥≥ bs ; 200mm
γγγγn,k = γγγγn,M = 1.0 γγγγn,k = 0.9; γγγγn,M = 1.0
80 ≤ bs ≤ (300mm)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO À FLEXÃO - Dimensionamento
Modelo de comportamento
Método dos coeficientes globais
72/2152011/2012
Método dos coeficientes globais
admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:
Coeficientes de monolitismo: γγγγn,M = 1.0 (γγγγn,k = 0.9)
Mrd ≈≈≈≈ As,eq 0.9 deq fyd,i = fyd,i
As,i 0.9 di + As,r 0.9 dr fyd,rfyd,i
Mrd = As,eq Zeq fyd,i = As,i Zi fyd,i + As,r Zr fyd,r
As,r =
fyd,i
fyd,r
As,eq deqdr
−−−− As,i d idr
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Verificação da ligação
73/2152011/2012
Distribuição plástica das tensões de aderência
•••• Ligação sem conectores
FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ ττττrd bs L2
ττττRd ≤≤≤≤ fctd
•••• Ligação com conectores
FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ n VRd,b + ττττRd bs L2
ττττRd ≈≈≈≈ 0.5 MPa
Mais ancoragem das chapas nas extremidades
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO AO ESFORÇO TRANSVERSO
Recomendações:
hshs
74/2152011/2012
SEM CONECTORES COM CONECTORES
ts ≤≤≤≤ 3 mm t s ≤≤≤≤ 8 mm
tg ≤≤≤≤ 2 mm t g ≤≤≤≤ 2 mm
hs ≥≥≥≥ 100 ts hs ≥≥≥≥ 100 ts
∆∆∆∆VSd ≤≤≤≤ 1/2 Vsd,i
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Verificação da segurança de vigas ao esforço transv erso
Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd bz sen θθθθ cos θθθθ
Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )Vrd,i + Vrd,r
75/2152011/2012
Vrd = γγγγn,v
0.9 di Asw,i
s cotg θθθθ fyd,i + 0.9 dr Asw,r
s cotg θθθθ fyd,r
Coeficiente de monolitismo γγγγn,V = 0.9
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Soluções de reforço
76/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE PILARES
Pormenores de ligações
77/2152011/2012
Pormenores de ligação das armaduras nos nós
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE PILARES
Ligação das armaduras à fundação
78/2152011/2012
Verificação da Segurança
As,eq = As,i + As,r fyd,rfyd,i
Método dos coeficientes globais
Coeficiente de monolitismo: γγγγn,V = 0.9
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ENSAIO
79/2152011/2012
MRd (KNm)
MR,i (KNm)
MR,r2 (KNm)
Mu (KNm)
1561.2 1034.9 2777 2760
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE ESTRUTURAS COM FRP
80/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•••• Campos de aplicação
−−−− Quando há deficiência de armaduras
−−−− O betão é de boa/média qualidade
−−−− O aspecto estético é importante
−−−− É inconveniente o aumento das secções
−−−− O reforço é moderado
−−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço trans verso
81/2152011/2012
−−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço trans verso
−−−− Reforço em lajes ao momento flector
−−−− Reforço de pilares por confinamento do betão
−−−− Acções monotónicas em vigas e lajes
−−−− Não se aplica no reforço à compressão excepto no re forço por confinamento dobetão
−−−− Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica excepto no que se refere ao aumento da ductilidade
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•••• Aspectos principais da solução
−−−− Interferência mínima na utilização da estrutura
−−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fl uência para cargas permanentes, mau comportamento ao fogo e à fadiga
−−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características deresina, execução dos trabalhos, ...
−−−− Requer empresas e pessoal técnico especializado
82/2152011/2012
−−−− O reforço é realizado com laminados ou mantas
−−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por esp atulamento ou a rolo
−−−− Resistência à tracção muito superior à do aço, ausê ncia de corrosão, baixa densidade, dimensões contínuas
−−−− Grande rapidez e facilidade de execução
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Material Módulo de Elasticidade [GPa]
Tensão de Rotura [MPa]
Extensão Última [%]
CarbonoAlta resistênciaRes. ultra elevadaE elevadoE ultra elevado
215 – 235215 – 235350 – 500500 – 700
3500 – 48003500 – 60002500 – 31002100 – 2400
1.4 – 2.01.5 – 2.30.5 – 0.90.2 – 0.4
VidroE 70 1900 – 3000 3.0 – 4.5
MATERIAISFIBRAS
83/2152011/2012
ES
7085 – 90
1900 – 30003500 – 4000
3.0 – 4.54.5 – 5.5
AramidaE baixoE elevado
70 – 80115 – 130
3500 – 41003500 – 4000
4.3 – 5.02.5 – 3.5
LAMINADOS
Incorporam cerca de 50 – 70% de fibras (em volume)
Espessura: 1.2 – 1.4mm
Ef = 150 / 200 / 300 GPa
MANTAS
Incorporam cerca de 25 – 35% de fibras
Espessura: 200 g/m 2 – 0.111mm
300 g/m2 – 0.167mm
Ef = 240 / 390 / 640 GPa
Reabilitação e Reforço de Estruturas
LAMINADOS
84/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
MANTAS
85/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO À FLEXÃO E ESFORÇO TRANSVERSO
LAMINADOS
86/2152011/2012
LAMINADOS E MANTAS
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Tipos de Rotura
Arrancamento na zona de ancoragem
Reforço à Flexão
87/2152011/2012
Arrancamento devido a fendas de corte
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Arrancamento nas fendas de flexão
88/2152011/2012
Outros tipos de rotura
Arrancamento devido a Imperfeições no suporteRotura por corte na extremidade do reforço
Reabilitação e Reforço de Estruturas
DIMENSIONAMENTO
Documentos de referência:
•••• Bulletin 14 – fib
•••• Bulletin 55 – Concrete Society
•••• ACI 440
•••• Japanese Standard
•••• ISIS - Canadá
•••• S&P
89/2152011/2012
•••• S&P
Bases para o dimensionamento:
•••• Modelos analíticos ou semi-empíricos
•••• Calibração dos modelos com trabalhos experimentais
•••• Hipóteses semelhantes às utilizadas em B.A.
•••• Filosofia de verificação baseada em Estados Limites
Reabilitação e Reforço de Estruturas
DIMENSIONAMENTOCoeficientes de Segurança
� Bulletin 14 – FIB
ACI 440 –2000
Factores de segurança γ M
CFRP 1,351,2
Tipo de sistemaFRP
SistemasSistemasPré-fabricados "in situ"
90/2152011/2012
� ACI 440 –2000
Os valores nominais da resistência à flexão, M n e ao corte, V n são ainda multiplicados por um factor φφφφ
⇒ Kglobal ≈≈≈≈ 0.8 ⇒ γγγγM ≈≈≈≈ 1.25
Factor C E
Sistemas CFRP
0,950,850,85Ambientes agressivos
Quadro 3.2 - Valores de CE (ACI 440-2000)
Condições de exposição
Ambientes interioresAmbientes exteriores
Reabilitação e Reforço de Estruturas
DIMENSIONAMENTO
� Zonas afastadas da ancoragem
Limitação da extensão última das fibras de CFRP
εf,lim ≤ 0.65% a 0.85%
� Zona de ancoragem
As
fib – bulletin 14 - Abordagem 1
91/2152011/2012
As
Af
Af Ef εf,limctm
ffmáxb, f2
tE l
××=
ctmffcbfmáxm, ftEKKb0,64α T ××××××××××××××××××××××××××××====
[mm]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
αααα = 0.9 – 1.0 - factor de redução que tem em conta a influência das fendas de corte na resistência da aderência ( αααα =1 em lajes e vigas com resistência inicial ao esforço transverso suficiente)
Kb - factor que tem em conta a influência da geometria da zona de ancoragem
1≤≤≤≤ Kb ≤≤≤≤1.29
bf / b ≥≥≥≥ 0.3)400/b1/()b/b-(21,06 K ffb ++++××××====
92/2152011/2012
Kc Condições Exemplo
1 Muito boas Condições de laboratório
0.85 – 0.95 Boas Ambientes fechados, boas condições de t rabalho
0.75 – 0.85 Normais Ambientes abertos, boas condições de trabalho
0.65 – 0.75 Más Ambientes poeirentos, húmidos, más condi ções de trabalho
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ensaios de ancoragens de laminados
93/2152011/2012
Existe um comprimento de ancoragem máximo a partir do qual a força
resistente da ancoragem não aumenta mais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Abordagem 1 – Outros documentos
•••• S&P, 2008
εf,lim = 0.75% para E f = 150 Gpa
εf,lim = 0.65% para E f = 200 Gpa
•••• Japanese standard
εf,lim = 0.4 a 0.8% depende de E f
94/2152011/2012
•••• ACI 440
para n E f tf ≤ 214000
para n E f tf ≥ 214000
Reforços com maior rigidez, ⇒ menor εf,lim
ε
428000tnE
1ε fuff
limf, ×−=
ε
tnE107000
ε fu
ff
limf, ×=
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Abordagem 1
•••• Método baseado em observações experimentais
•••• Não considera as propriedades do CFRP (espessura e área de colagem), do betão,
espaçamento entre fendas, etc
95/2152011/2012
•••• Diferentes autores ⇒ diferentes valores sugeridos
•••• Apenas o ACI têm explicitamente em conta a rigidez dos sistemas CFRP
•••• Zona de ancoragem ⇔⇔⇔⇔ Método calibrado apenas para sistemas Laminados
Reabilitação e Reforço de Estruturas
fib – bulletin 14 - Abordagem 2
• Espaçamento entre fendas de flexão;
• Variação de tensão no CFRP entre duas fendas ( ∆σ∆σ∆σ∆σfd);
• Comparação com valor admissível da variação de tens ão (máx ∆σ∆σ∆σ∆σfd);
96/2152011/2012
•••• É um método fundamentado
•••• Sistemas laminados ε f,lim ≈≈≈≈ 2,6 o/oo
•••• Aplicação prática complexa
Reabilitação e Reforço de Estruturas
fib – bulletin 14 - Abordagem 3
Zona de Ancoragem = abordagem 1
Zona de flexão
- εf < εfu - (Extensão última do laminado)
- Tensão de corte na ligação ττττb ≤≤≤≤ fcbd valor limite
- tensão de corte na ligação - ττττb
Armadura fora da cedência: εs < εydcbd
db f
EA1db95.0
V ≤
+=τ
97/2152011/2012
Armadura fora da cedência: εs < εyd
Armadura em cedência: εs > εyd
Tensão resistente de aderência: f cbd = 1.8 fctk /γγγγc
•••• Expressões de fácil aplicação
•••• Considera um maior número de parâmetros relacionado s com o arrancamento: A s, Af, Es, Ef, bf e fcbd
•••• Constata-se alguma coerência com o proposto pelo AC I 440
•••• Por vezes conduz a valores com tendência conservati va.
ff
s1sf EA
EA1db95.0
+
cbd
f
db f
db95.0V ≤=τ
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço à Flexão – Proposta
•••• Zonas afastadas da ancoragem
� Limitação da extensão última das fibras de CFRP
εf,lim ≤ 0.65%
� Tensão de corte na ligação
ττττb ≤≤≤≤ fcbd
Armadura fora da cedência: εs < εydcbd
s1sf
db
f
EAEA
1db95.0
V ≤
+
=τ
98/2152011/2012
Armadura em cedência: εs > εyd
ff
f EA1db95.0
+
cbd
f
db f
db95.0V ≤=τ
Tensão resistente de aderência: f cbd = 1.8 fctk /γγγγc
•••• Zona de ancoragem
ctm
ff
máxb, f2tE
l××=
ctmffcbfmáxm, ftEKKb0,64α T ××××××××××××××××××××××××××××====
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço ao Esforço Transverso
Adaptação dos modelos utilizados para armaduras
VRd = Vwd + Vfd
99/2152011/2012
Vwd = (As/s) f yd z cotg θθθθ
Vfd = (2 tf) Ef εεεεfd,e z (cotg θθθθ + cotg αααα ) senαααα
- Armaduras
- Reforço CFRP contínuo
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Vfd = (2 tf bf / s f) Ef εεεεfd,e z (cotg θθθθ + cotg αααα ) senαααα
- Reforço CFRP espaçado
100/2152011/2012
Extensão efectiva de cálculo:
εεεεfd,e = εεεεfk,e / γγγγf
γγγγf = 1.2 laminados
γγγγf = 1.35 mantas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
(fib – bulletin 14)•••• εεεεf,e pode ser determinada por:
fu
0.3
ffu
2/3
ef, ερE
f0.17 ε
cm ×
×=
� Reforço em forma de U
� Reforço envolvendo a secção
ρf = (2tf/bw) sen α Reforço contínuo
ρf = (2tf/bw) bf/s f Reforço espaçado
56.02/356.02/3 ff 0.3
fcm [MPa]
101/2152011/2012
Proposta: εεεεfk,e ≤ 0.6 %
ACI 440: εεεεfk,e ≤ 0.4 %
××××
××××××××
××××==== −−−−
fu
56.0
ffu
2/3
3
56.0
ffu
2/3
ef, ερE
f0.17 ,10
ρE
f0.65 min ε
cmcm
0.3
descolamento rotura
Efu [GPa]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ensaios – sistema laminados L
102/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Beam T3
103/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
104/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sistema laminados L
105/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço de Pilares
106/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço de Pilares por Confinamento do Betão
107/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aplicação de mantas de carbono no confinamento de pilares
108/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Secção tipo do estado actual
Reforço com Mantas CFRP
Pilar com dano originado por corrosão de armaduras
109/2152011/2012
Secção tipo reparada
Reabilitação e Reforço de Estruturas
18,00
20,00
Reforço de pilares por confinamento do betão – juntas de betonagem
110/2152011/2012
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80
εc (%)
fc (
MP
a)
1
2
3
3 camadas2 camadas1 camadaSem
reforço
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ENSAIOS
Reforço à Flexão
VIGA DE REFERÊNCIA
111/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
VIGA REFORÇADA COM LAMINADOS CFRP
112/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
VIGA REFORÇADA COM LAMINADOS E MANTAS CFRP
113/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
VIGA REFORÇADA COM CHAPAS METÁLICAS E MANTAS CFRP
114/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Montagem do ensaio
115/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Rotura do reforço por corte na ligação à viga –interface betão/armadura-
116/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Viga reforçada com laminados e mantas U
117/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Viga reforçada com chapas metálicas
118/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
RESULTADOS DOS ENSAIOS
Gráfico P- δδδδ a meio vão das 4 vigas
240,0260,0280,0300,0320,0340,0360,0
Viga εεεε,máx (x10-3) CFRP 7,4
CFRP + U 8,9
119/2152011/2012
0,020,040,060,080,0
100,0120,0140,0160,0180,0200,0220,0
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0
δδδδ (mm)
P (
kN) CFRP e U
CFRP
Referência
Chapa e U
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE PILARES PARA ACÇÕES CÍCLICAS POR CONFINAMENTO DO BETÃO COM CFRP
Resposta de um oscilador à acção sísmica
120/2152011/2012
Resposta elástica
Resposta inelástica
Maior confinamento �
� maior ductilidade �
� maior capacidade de dissipação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ENSAIOS EXPERIMENTAIS
121/2152011/2012
Ref. – “Comportamento de pilares de betão armado reparados ou reforçados com encamisamento local”
António Cardoso, IST, 2003
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EXECUÇÃO DO REFORÇO
Preparação da superfície
122/2152011/2012
Aplicação do sistema de reforço com mantas de fibra s de carbono
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Diagramas carga – deslocamento
Pilar de referência
P1
123/2152011/2012
Pilar danificado, reparado com argamassa e reforçado com duas camadas de fibra de carbono
P3
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Pilar reforçado com duas camadas de fibra de carbono
P4
124/2152011/2012
Pilar reforçado com quatro camadas de fibra de carbono
P7
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Energia dissipada acumulada [kNm]
125/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOSMetodologiasa) Método Indirecto: Aplicação de contra-flecha à estrutur a
1) Aplicar força vertical para cima utilizando grandes macac os hidráulicos.
126/2152011/2012
2) Colar o FRP à estrutura.
3) Retirar os macacos hidráulicos.
� Não é fácil de controlar o nível de PE instalado
� A relação PE instalado vs esforço para aplicar contra-flech a à estrutura em geral não compensa
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1) Colar as extrem. do FRP em ancoragens e aplicar o PE num pórt ico auxiliar.
Metodologiasb.1)Método Directo: PE do FRP contra uma estrutura auxiliar
127/2152011/2012
2) Aplicar o FRP PE à estrutura. Deixar o pórtico aux. até a res ina endurecer.
3) Cortar o FRP PE das ancoragens e transferir o PE para a estru tura.
� Fácil de aplicar em pequenas estruturas
� Necessita de pórtico auxiliar de grandes proporções em estr uturas de grande porte
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1) Montar ancoragens na estrutura. 2) Aplicar PE no FRP.
b.2)Método Directo: PE do FRP contra a própria estruturaMetodologias
128/2152011/2012
� As ancoragens são uma vantagem para contrariar o arrancamen to prematuro por corte do FRP
� Este método só necessita de equipamento mais leve pelo que o t orna mais versátil
� É o mais promissor para aplicações in situ
� Encontrados exemplos de aplicações in situ em: Inglaterra, Suiça, Alemanha, Holanda, EUA, Itália,Áustria e Coreia
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS
Tecnologia
129/2152011/2012
1. Ancoragem fixa
Chapa de aço ligada ao elemento estrutural por meio de conectores. O laminado é colado à chapa e ao be tão com resina epóxi.
2. Ancoragem móvel
Laminado colado entre duas chapas de aço ligadas po r parafusos.
3. Sistema de aplicação do pré-esforço
Macaco hidráulico ligado a uma chapa de aço fixada por conectores ao betão que funciona como elemento de reacção. Após a aplicação do pré-esforço esta chapa funciona como ancoragem do laminado.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aspectos Principais
−−−− Equipamento de aplicação do pré-esforço leve e fáci l de operar
−−−− Possível aplicar pré-esforço correspondente a along amentos do laminado da ordem
de 0.4 a 0.6%
−−−− Forças de pré-esforço da ordem de 50 – 100 kN
−−−− Redução das deformações e abertura de fendas nos el ementos reforçados (reforço activo)
130/2152011/2012
−−−− Redução das deformações e abertura de fendas nos el ementos reforçados (reforço activo)
−−−− Maior exploração da capacidade resistente dos lamin ados
−−−− Melhor comportamento do reforço devido às ancoragen s nas extremidades do laminado
−−−− Aumento de custo do reforço devido às chapas de anc oragem.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
ENSAIOS
131/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Resultados
dos ensaios
132/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS
PRÉ-ESFORÇADOS
133/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS
PRÉ-ESFORÇADOS
134/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
135/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS
NÃO ADERENTES
136/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aplicação no reforço de uma laje
137/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ensaio do sistema de pré-esforço S&P
0,145
3,80
4,60
6,00
0,10
0,40
0,70 0,40
0,35
Laminado CFRP0,220
0,40 0,70
0,35 [m]
Chapas de ancoragem(400 x 220 x 8 mm ³)
8 Buchas metálicas(M10)
138/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Resultados dos ensaios
139/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ensaio do sistema de pré-esforço SIKA
140/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Resultados dos ensaios
141/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE ESTRUTURAS POR ENCAMISAMENTO
DE SECÇÕES
Aumento da secção transversal através da adição de armaduras suplementares e betão
142/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•••• Campos de aplicação
−−−− Aumentar a resistência de zonas comprimidas
−−−− Necessidade de grande aumento de resistência/rigide z
−−−− Necessidade de garantir boa protecção ao fogo das a rmaduras de reforço
−−−− Reforço de lajes, vigas, pilares e paredes para tod os os esforços, em especial os devidos à acção sísmica
143/2152011/2012
•••• Aspectos principais da solução
−−−− Implica um aumento das dimensões das secções transv ersais
−−−− Grande interferência na utilização da estrutura
−−−− Relativamente ao reforço com chapas metálicas apres enta as vantagens do reforço
à acção sísmica, melhor protecção ao fogo e à corro são das armaduras de reforço
−−−− Requer preparação de superfície cuidada do betão ex istente
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Execução de um Encamisamento
1 – Escoramento- Controlar: deformação das secções;
deslocamentos- Evitar colapsos durante a reparação
2 - Preparação da superfície
- garantia de melhor ligação entre o material de adi ção e o inicial;
- remoção de betão alterado
144/2152011/2012
a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulha s; jacto de areia;jacto de água de alta pressão
b) limpeza – jacto de água
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3 - Colocação das armaduras adicionais(reposição no caso de deterioração das armaduras in iciais)
4 - Betonagem
Materiais: betãoargamassa
Tecnologia de aplicação: CofradoProjectadoAplicação directa (à colher)
145/2152011/2012
(Utilização de resinas de colagem)
50 mm – betão projectado
emin = 70 a 100 mm – betão cofrado
30 a 50 mm – argamassa especial
5 - Cura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ensaios relativos ao desempenho de diferentes tipos de preparação de superfície
146/2152011/2012
Martelo de agulhas Martelo de guilho
Jacto de água de alta pressãoJacto de areia e água
Reabilitação e Reforço de Estruturas
80
100
120
140Poly. (ADS-PS1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-Prov_2)
Poly. (ADS-PS2-Prov_1) Poly. (ADS-PS2-Prov_2)
Poly. (ADS-PS3-Prov_1) Poly. (ADS-PS3-Prov_2)
Poly. (ADS-PS4-Prov_1) Poly. (ADS-PS4-Prov_2)
Poly. (ADS-PS1-R1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-R1-Prov_2)
Poly. (ADS-PS1-R2-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-R2-Prov_2)
Resultados dos ensaios
Ligação por adesão
Jacto de areia e água
Martelo de agulhas
147/2152011/2012
0
20
40
60
80
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040
s (mm)
V (
kN)
Jacto de água de alta pressão
Martelo de agulhas
Martelo de guilho
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Materiais de Encamisamento
Materiais de alta qualidade- elevada resistência à compressão
- boa aderência
- boa trabalhabilidade
- baixa retracção
- compatibilidade de deformações com os materiais in iciais
Betões e argamassas moldados
- materiais à base de ligantes hidráulicos
148/2152011/2012
- materiais à base de ligantes hidráulicos
- materiais à base de ligantes sintéticos (resinas)
• sensibilidade à humidade
• retracção por vezes elevada
• não passivam as armaduras
• baixa resistência ao fogo
• preço elevado
Betões e argamassas projectadas• fácil de colocar • acabamento irregular
• boa aderência • sujidade
• elevada resistência
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Disposição de armaduras adicionais
Reforço de vigas
149/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Amarração dos varões nos nós
150/2152011/2012
Amarração dos varões nos nós
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Verificação da segurança de vigas à flexão
Modelo de comportamento
151/2152011/2012
Método dos coeficientes globais
Mrd = γγγγn,M { }Aeqs zeq f i
syd = A is zi f i
syd + A rs zr f r
syd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aeqs = A i
s + A rs
f rsyd
f isyd
zeq = A i
s zi f isyd + A r
s zr f rsyd
A is f i
syd + A rs f r
syd
Verificação da segurança de vigas à flexão
Admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:
M rd ≈≈≈≈ γγγγn,M
Aeqs 0.9 deq f i
syd = f isyd
A is 0.9 di + Ar
s 0.9 dr f rsyd
f isyd
Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras
152/2152011/2012
Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras
Ars =
f rsyd
f isyd
Aeqs
deq
dr - Ais
di
dr
Coeficientes de monolitismo
Resistências – γγγγn,M
Deformabilidade – γγγγn,K
Em vigas – γγγγn,M = 0.90 e γγγγn,k = 0.85
Em lajes – γγγγn,M = 1.00 e γγγγn,k = 1.00EC 8 (parte 1.4, 1995)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ligação entre o betão existente e o material de adi ção
O funcionamento e eficiência de um reforço por enca misamento depende fundamentalmente da aderência entre os materiais
153/2152011/2012
Os valores das tensões tangenciais são dados por:
ττττ1 = Vsd
br zeq ττττ2 =
Vsd
br zeq ××××
A rs f r
syd
A rs f r
syd + A is f r
syd
ττττrd,a = ηηηη f'ctd
ηηηη =
[MC90]
0.2 superfícies lisas
0.4 superfícies rugosas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Verificação da segurança de vigas ao esforço transv erso
V ≤≤≤≤ Vmax = 0.6 f b izi sen θθθθ cos θ + θ + θ + θ + 0.50.50.50.5 ∗ ∗ ∗ ∗ 0.6 f (br- b i) zr sen θθθθ cos θ θ θ θ
154/2152011/2012
Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd b izi sen θθθθ cos θ + θ + θ + θ + 0.50.50.50.5 ∗ ∗ ∗ ∗ 0.6 fcd (br- b i) zr sen θθθθ cos θ θ θ θ
Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )V ird + V r
rd
Vrd = γγγγn,v
0.9 d i A i
sw
s cotg θθθθ f iyd + 0.9 dr
A rsw
s cotg θθθθ f ryd
Coeficiente de monolitismo
[Eurocódigo 8 – parte 1.4, 1995]γγγγn,V = 0.80 ; γγγγn,k = 0.75
Recomendação: VfinalRd < 2 V i
Rd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Disposições de armaduras adicionais
Reforço de pilares
155/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Verificação da segurança de pilares
γγγγn,M N = 0.90
Método dos coeficientes globais
156/2152011/2012
- reforço ligeiro:
- reforço significativo:
A fc < 2 Ai
c
A fc > 2 Ai
c (a secção inicial é desprezável)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aumento da resistência à compressão devido à cintag em (confinamento)
σσσσ*c = fcd (1.000 + 2.50 αααα ωωωωw) para:
σσσσ2fcd
< 0.05
σσσσ*c = fcd (1.125 + 1.25 αααα ωωωωw) para:
σσσσ2fcd
> 0.05
ou:
Resistência à compressão [MC90]
157/2152011/2012
fcd
σσσσ2 – tensão de confinamento: σσσσ2fcd
= 12 ωωωωw
ωωωωw = volume de estribosvolume de betão =
2 (b0 + h0) φφφφ 2
est4
1s
b0 h0
α - factor de eficiência (forma da secção e espaçament o das cintas)
(no caso de pilares rectangulares com cintas no con torno)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO DO BETÃO À COMPRESSÃO
158/2152011/2012
CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS
Reabilitação e Reforço de Estruturas
EMENDA DE VARÕES LONGITUDINAIS
- emenda através de soldadura topo a topo
- emenda por sobreposição simples
- emenda por sobreposição lateral dupla
- emenda por sobreposição com uma cantoneira
159/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
COMPORTAMENTO DE PILARES REFORÇADOS SUJEITOS A ACÇÕES CÍCLICAS
160/2152011/2012
Ref - A. Gomes, IST
Reabilitação e Reforço de Estruturas
161/2152011/2012
Pilar reparado
Varões emendados por soldadura
Pilar reforçado por encamisamento
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Pilar reparado (P1R)
162/2152011/2012
Pilar reforçado (P2R)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
163/2152011/2012
Modelo P1R Coeficiente de monolitismo Modelo P2R Coeficiente de
monolitismo
Rigidez 0.69 Rigidez 0.90
Força máxima 0.96 Força máxima 0.98
Energia dissipada 0.91 Energia dissipada 0.62
Ductilidade 1.00 Ductilidade 0.88
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço dos pilares de uma ponte
164/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço dos pilares por encamisamento
165/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Teste piloto
166/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aspecto final dos pilares
167/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR
168/2152011/2012
� Alteração do sistema estrutural
� Aumento da capacidade resistente
� Correcção do comportamento em serviço
Aplicação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplos – Alteração do sistema estrutural
Eliminar um apoio
Introduzir um apoio elástico
169/2152011/2012
Alterar o sistema de pilares
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplos – Corrigir comportamento deficiente
170/2152011/2012
Controlo da fendilhação e deformação
Aumento da capacidade resistente
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no refor ço do tabuleiro de uma ponte em caixão
171/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
g + q
PP
g, q
Efeito do Pré-esforço
172/2152011/2012
γγγγg g + γγγγq q
γγγγg g + γγγγq q’
g
g + P
(N = P; ∆σP)
P
(1)
(2)
δδδδ
Estrutura inicial
Estrutura reforçada
(1) Antes do reforço
(2) Após o reforço
� Aumento da capacidade de carga
� Melhoria do comportamento em serviço
Métodos de análise
Aná
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Aná
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Pré-esforço exterior (não aderente)Dimensionamento
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Pré-esforço interior (aderente)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Tensões antes do reforço Tensões após do reforço
Exemplo
Reforço com Pré-esforço exterior
175/2152011/2012
Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ancoragem dos cabos
176/2152011/2012
Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplo de reforço com pré-esforço exterior
Desviadores
177/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ancoragens
178/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplo de reforço de silos e depósitos com
pré-esforço exterior
179/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE ESTRUTURAS PARA A ACÇÃO SÍSMICA
Causas que originam o reforço:
� edifícios com valor patrimonial elevado
� edifícios estratégicos (hospitais, centrais de tele comunicações, ...)
180/2152011/2012
� pontes e viadutos em vias de acesso estratégicas
� estruturas dimensionadas com base em regulamentos a nteriores
– valor de projecto da acção sísmica inferior ao ac tual
� estruturas com fraca resistência à acção sísmica de vido a deficiências
de concepção, projecto e/ou execução
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Deficiências observadas no comportamento de estrutu ras em sismos anteriores:
� cintagem das zonas críticas
� resistência e ductilidade do betão confinado
� encurvadura dos varões longitudinais
� resistência ao esforço transverso – roturas frágeis
181/2152011/2012
� amarração das cintas
� amarração dos varões longitudinais – emendas nos nós
� concepção geral dos edifícios
� resistência global insuficiente
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço de estruturas para a acção sísmica
� Aumento da capacidade resistente
� Aumento da ductilidade
� Redução dos efeitos da acção
182/2152011/2012
Redução dos efeitos da acção:
� sistemas de isolamento de base
� sistemas de dissipação de energia
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sistemas de isolamento de base
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Aparelhos de atrito tipo pendular
Aparelhos de neoprene de alta distorção
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Introdução do isolamento
de base em pilares
184/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Introdução do isolamento de base num edifício antig o
185/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sistemas de dissipação de energiaAmortecedores Viscosos
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Ace
lera
ção
Se/
a g
2%
5%
10%15%
20%30%
Influência do isolamento de base e do amortecimento
187/2152011/2012
Período T (s)
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Período T (s)
Des
loca
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De/
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2%
5%
10%15%
20%30%
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço baseado no acréscimo da capacidade resisten te
e de ductilidade face à acção sísmica
� Cuidados básicos na concepção do reforço
•••• Não aumentar as assimetrias
•••• Não fragilizar zonas da estrutura
•••• Tentar colmatar as deficiências encontradas
188/2152011/2012
� O reforço pode ser realizado por:
•••• Introdução de novos elementos resistentes
paredes de betão armado
pórticos de betão armado
pórticos metálicos
•••• Reforço de elementos existentes
encamisamento
adição de chapas ou perfis metálicos
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Introdução de novos elementos resistentes
� Paredes de betão armado
� Têm uma resistência e rigidez elevada
� Reduzem a deformabilidade
� Fáceis de introduzir junto às paredes de empena ou no núcleo de escadas
� Dificuldade na fundação
� Pórticos de betão armado
189/2152011/2012
� Pórticos de betão armado
� Distribuição mais uniforme da resistência
� Em geral não se colocam problemas de fundação
� Obrigam a intervir num maior número de locais
� Pórticos metálicos e sistemas treliçados
� Menor acréscimo de massa à estrutura
� Maior ductilidade
� Podem surgir problemas de fundação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço de elementos existentes
� Encamisamento
� Bom funcionamento à tracção e compressão
� Intervenção trabalhosa e com significativa interfer ência na utilização da estrutura
190/2152011/2012
� Adição de chapas ou perfis metálicos
� Menor interferência na utilização da estrutura
� Comportamento à compressão menos eficiente
� Problema de ligação do reforço nos nós
Reabilitação e Reforço de Estruturas
AUMENTO SIGNIFICATIVO:
� DUCTILIDADE
� CAPACIDADE DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA
� Reforço por confinamento do betão
� Aumento da ductilidade e da resistência ao esforço transverso
� Influência reduzida na resistência à flexão
� Intervenção fácil e com pouca interferência na util ização da estrutura
191/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE FUNDAÇÕES
Situações tipo:
1. Transformação de edifícios existentes� Ampliação em altura
� Aumento de cargas
� Supressão de pilares
192/2152011/2012
2. Reforço de fundações deficientes
� Degradação da capacidade de suporte do terreno
� Sapatas superficiais com área insuficiente
� Deterioração ou defeitos em estacas
- apodrecimento de estacas de madeira
- corrosão de estacas metálicas
- estacas mal executadas ou calculadas
3. Escavação para a execução de caves sob o edifício ou em terreno confinante
Reabilitação e Reforço de Estruturas
TÉCNICAS DE REFORÇO DE FUNDAÇÕES
1. Reforço de fundações sem alterar o nível da transmi ssão das cargas ao terreno
� Consolidação das fundações por melhoramento das qua lidades mecânicas do solo de fundação
� Consolidação das fundações por aumento da superfíci e de apoio das sapatas
193/2152011/2012
2. Reforço de fundações por transporte das cargas para um terreno mais resistente
e mais profundo
� Poços
� Estacas
� Micro-estacas
� Jet-grounting
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço por aumento da superfície das sapatas
Sem aumento de espessura
194/2152011/2012
Com aumento de espessura
Sem aumento de espessura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço sem aumento da superfície das sapatas
195/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço com estacas ou micro-estacas
196/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço da fundação de paredes de alvenaria
Reforço com
micro-estacas
197/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplo
198/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplo
199/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Recalçamento de fundações de paredes de alvenaria
Faseamento da execução
200/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reforço com estacas
201/2152011/2012
Reforço da fundação com encamisamento de betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Anomalias em estacas
202/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Anomalias em estacas
1
4
3
Ensaios diagrafia sónica (cross hole)
203/2152011/2012
3
2
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Anomalias em estacas
1
4
3
204/2152011/2012
2
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Anomalias em estacas
205/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REPARAÇÃO DE ESTACAS
206/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Estaca danificada por deficiência de betonagem
Reparação/reforço com jet-grout
207/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Ensaio prévio
208/2152011/2012
Estaca reforçada
Reabilitação e Reforço de Estruturas
INFRA-ESCAVAÇÃO
REFORÇO DE FUNDAÇÕES
209/2152011/2012
INFRA-ESCAVAÇÃO
Belbetões – Ponte Almirante Sarmento Rodrigues sobre o rio Douro
Reabilitação e Reforço de Estruturas
210/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES AO PUNÇOAMENTO
211/2152011/2012
� Reforço por adição de armaduras
� Reforço por espessamento da laje
� Reforço por adição de capitel de betão
� Reforço por adição de capitel metálico
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS
212/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REPARAÇÃO / REFORÇO POR ESPESSAMENTO DA LAJE
213/2152011/2012
� Aumento da resistência ao punçoamento
� Aumento da resistência à flexão
� Redução da deformação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO POR ADIÇÃO DE CAPITEL DE BETÃO
214/2152011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
REFORÇO POR ADIÇÃO DE CAPITEL METÁLICO
215/2152011/2012
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