Tecnicas reforço de estruturas

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Técnicas de reabilitação e reeforço de estruturas de betão.

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Tecnicas reforço de estruturas

  1. 1. Reabilitação e Reforço de Estruturas REABILITAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS 1/2152011/2012 Júlio Appleton; António Costa Instituto Superior Técnico DE ESTRUTURAS
  2. 2. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO Enquadramento Avaliação do comportamento da estrutura 2/2152011/2012 Concepção e dimensionamento do reforço Tipos de reforço estrutural
  3. 3. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO Enquadramento Avaliação do comportamento da estrutura 3/2152011/2012 Concepção e dimensionamento do reforço Tipos de reforço estrutural
  4. 4. Reabilitação e Reforço de Estruturas A intervenção numa estrutura existente com o objectivo de melhorar ou corrigir o seu comportamento estrutural está geralmente associada às seguintes situações: −−−− Alteração das acções actuantes Ex: −−−− Aumento das acções actuantes devido a uma nova utilização −−−− Adequação do nível de segurança da estrutura para as acções especificadas na nova regulamentação (p.e. sobrecargas rodoviárias 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 de execução ou de exploração Ex: −−−− Deficiente capacidade resistente para as acções previstas −−−− Deficiente comportamento em serviço (fendilhação, deformação, vibração,...) −−−− Danos causados por uma utilização não prevista da estrutura. −−−− Aumento do nível de segurança Ex: - melhorar o comportamento estrutural para a acção sísmica de obras antigas
  5. 5. Reabilitação e Reforço de Estruturas Principais dificuldades −−−− Informação relativa ao projecto, execução e exploração das obras difícil de obter e frequentemente inexistente. −−−− Com excepção de alguns tipos de intervenção, verifica-se uma ausência genérica de regulamentação sobre reforço de estruturas. −−−− Ausência de documentação de apoio que trate de forma integrada o projecto e execução 5/2152011/2012 −−−− Ausência de documentação de apoio que trate de forma integrada o projecto e execução do reforço nas suas diversas componentes: metodologias de intervenção, dimensionamento, procedimentos de execução, especificação e controlo de qualidade. −−−− Dificuldades relativas à análise estrutural e avaliação da segurança das obras a reforçar e ao dimensionamento do próprio reforço. −−−− Em obras de reforço cada caso constitui uma situação particular com as suas próprias especificidades, sendo raro encontrar na literatura situações semelhantes.
  6. 6. 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 intervenção 6/2152011/2012 Definição dos objectivos a atingir com a intervenção Tipos de Intervenção Demolição Total ou Parcial Limitar o Uso Substituir ou Introduzir Novos Elementos Reparar os Elementos Danificados Reforçar os Elementos Existentes
  7. 7. Reabilitação e Reforço de Estruturas Avaliação da situação 1 −−−− Recolha de informação Elementos do projecto Desenhos 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 ….
  8. 8. Reabilitação e Reforço de Estruturas Avaliação da situação 2 −−−− Inspecção Visual Exame visual da superfície do betão qualidade do betão defeitos de execução fendilhação deformação deterioração 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 ….
  9. 9. Reabilitação e Reforço de Estruturas Avaliação da situação 3 −−−− Inspecção detalhada Dependendo do tipo e extensão das anomalias observadas pode ser necessário efectuar uma inspecção visual mais minuciosa e realizar 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
  10. 10. 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 exigências de exploração
  11. 11. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO Enquadramento Avaliação do comportamento da estrutura 11/2152011/2012 Concepção e dimensionamento do reforço Tipos de reforço estrutural
  12. 12. Reabilitação e Reforço de Estruturas Regulamentação no domínio das acções 1897 – Regulamento para projecto, provas e vigilância 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
  13. 13. Reabilitação e Reforço de Estruturas Regulamento Sobrecarga Rodoviária Regulamento das Pontes Metálicas 1897 Sobrecarga uniforme 400 kg/m2 (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/m2 x coef. dinâmico 400 kg/m2 no passeio 13/2152011/2012 (alterado em 1958) Veículos de 32 ton (alterado em 1958 para 60/45/30 ton para as classes A, B e C) RSEP 1961 Sobrecarga uniforme 300 kg/m2 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/m2 Carga de faca 50 kN/m Veículos de 600/300 kN para as classes I e II
  14. 14. Reabilitação e Reforço de Estruturas Regulamentação no domínio das estruturas de betão armado 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-esforçado (REBAP)
  15. 15. 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)
  16. 16. 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
  17. 17. Reabilitação e Reforço de Estruturas RBA - 1935 17/2152011/2012
  18. 18. Reabilitação e Reforço de Estruturas RBA - 1935 18/2152011/2012
  19. 19. 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
  20. 20. Reabilitação e Reforço de Estruturas 20/2152011/2012
  21. 21. 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 recobrimento insuficientes)
  22. 22. Reabilitação e Reforço de Estruturas ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935) E REBAP (1983) FLEXÃO SIMPLES 22/2152011/2012
  23. 23. Reabilitação e Reforço de Estruturas ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935) E REBAP (1983) ESFORÇO TRANSVERSO 23/2152011/2012
  24. 24. 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 300 τ =V V τ1,bd 0.6 0.6 0.96 2.0 d [m] bd
  25. 25. Reabilitação e Reforço de Estruturas ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967) E REBAP (1983) FLEXÃO SIMPLES FLEXÃO COMPOSTA 25/2152011/2012
  26. 26. 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
  27. 27. Reabilitação e Reforço de Estruturas E.L. Utilização Modelo 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
  28. 28. Reabilitação e Reforço de Estruturas ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOSExemplos: E2 MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO 28/2152011/2012 E1
  29. 29. Reabilitação e Reforço de Estruturas ANÁLISE PLÁSTICA – Carga última de uma vigaExemplos: MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO 29/2152011/2012
  30. 30. Reabilitação e Reforço de Estruturas ANÁLISE PLÁSTICA Carga última de uma laje Exemplos: 30/2152011/2012
  31. 31. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO Exemplo: Avaliação da segurança do tabuleiro de uma ponte 31/2152011/2012 VIGAS LONG.
  32. 32. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO Anomalias 32/2152011/2012
  33. 33. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO Análise estrutural – Verificação da segurança – Momentos flectores - Análise elástica (carga permanente) -200 KNm 327 KNm -628 KNm 33/2152011/2012 736 KN -787 KN – Esforços axiais - Análise elástica
  34. 34. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO Análise estrutural – Verificação da segurança -390 KNm 0 KNm -1167 KNm – Momentos flectores - Análise elástica c/ redistribuição de esforços 34/2152011/2012 – Esforços axiais - Análise elástica c/ redistribuição de esforços 836 KN -911 KN
  35. 35. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO Análise Não Linear Modelo de Elementos Finitos 35/2152011/2012 – Fendilhação (carga permanente)
  36. 36. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO – Momentos flectores [MNm] (carga permanente) -2.557E-02 -2.891E-01 7.120E-02 6.145E-02 9.742E-02 -6.697E-01 -1.254E-01 -4.216E-01 1.419E-01 -1.906E+00 2.438E-02 -2.720E-02 -2.476E-02 -6.362E-01 -5.727E-01 4.664E-02 -1.786E-01 – Esforços axiais [MN] 36/2152011/2012 -4.216E-01 1.419E-01 2.438E-02 7.210E-01 7.195E-01 7.241E-01 5.712E-01 6.136E-01 4.626E-01 4.976E-01 -6.384E-05 2.650E-03 7.506E-04 1.215E-03 9.181E-05 2.351E-04 6.001E-06 7.390E-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
  37. 37. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO Análise Não Linear – avaliação da capacidade de carga - Configuração de rotura (CP + 1.7 x VT) VT 37/2152011/2012
  38. 38. Reabilitação e Reforço de Estruturas Consideração do efeito do nível de danos na avaliação 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 rR e rk rR = Rres Ri rk = Kres Ki Rres – resistência residual Ri – resistência inicial Kres – rigidez residual Ki – rigidez inicial
  39. 39. 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 Danosligeiros 39/2152011/2012 DanosligeirosDanosseveros Níveis de danos nos pilares
  40. 40. 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 são 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 corte diagonais isoladas com larguras inferiores a cerca de 0.5 mm, não existindo deslocamentos residuais. •••• Nível C – fissuras de corte bi-diagonais e/ou esmagamento localizados no betão devidos a Danos provocados por sismos 40/2152011/2012 •••• Nível C – fissuras de corte bi-diagonais e/ou esmagamento localizados no betão devidos a corte e compressão, não existindo deslocamentos residuais 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 seguinte.
  41. 41. 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 Danosligeiros 41/2152011/2012 DanosligeirosDanosseveros Níveis de danos nos pilares
  42. 42. Reabilitação e Reforço de Estruturas Danos provocados por incêndio •••• Nível A – sem danos, excepto algum descasque mínimo do acabamento e/ou do betão. •••• Nível B – acabamento bastante afectado, algum descasque do betão; microfissuração generalizada da superfície do betão e eventual cor rosada, o que dependerá dos agregados. •••• Nível C – arranque generalizado do acabamento, descasque significativo 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 deixando à vista praticamente toda a armadura; o betão possui uma cor 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; eventuais fissuras de corte com poucos mm de largura dos pilares; eventuais fissuras de flexão/corte com vários mm de largura nas vigas e lajes e possíveis flechas apreciáveis. •••• Nível E – colapso parcial de elementos verticais.
  43. 43. Reabilitação e Reforço de Estruturas Danos provocados por corrosão de armaduras •••• Nível A – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudinal, perda de secção de armadura ≤≤≤≤ 1%. •••• Nível B – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudinal 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 armadura em pilares, rotura de algumas cintas e estribos, deslocamentos residuais nítidos. rR = Rres/RiIdade 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/Ki = 80% rr
  44. 44. 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 estrutura e do nível de danos verificado serão definidos os tipos de intervenção a implementar. −−−− Aceitáveis φφφφ ≥≥≥≥ 1 −−−− Toleráveis 0.5 < φφφφ < 1 são aceitáveis sob certas condições, tendo em atenção aspectos sociais, históricos e económicos. No caso de estruturas correntes a reparação/reforço deverá ser realizada dentro de 1 a 2 anos.
  45. 45. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aspectos a considerar : Reforço Selectivo Minimizar a intervenção explorando de forma eficiente a ductilidade e a Concepção da Intervenção Concepção e Dimensionamento do Reforço 45/2152011/2012 capacidade resistente da estrutura
  46. 46. Reabilitação e Reforço de Estruturas Dimensionamento do Reforço Métodos simplificados Método 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
  47. 47. Reabilitação e Reforço de Estruturas Método dos coeficientes globais 1 −−−− Determinação da resistência como se a estrutura fosse monolítica e sem danos: Ri 2 −−−− Aplicar coeficiente de monolitismo γγγγn,R : Rr = γγγγn,R Ri  Valores a título indicativo função da tecnologia de reforçoγγγγn,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
  48. 48. 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
  49. 49. Reabilitação e Reforço de Estruturas MODELO DE COMPORTAMENTO E. L. ÚLTIMO DA LIGAÇÃO DA ARMADURA DE REFORÇO À ESTRUTURA 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
  50. 50. Reabilitação e Reforço de Estruturas B A ττττ Tensões 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 SV στ 1 0,12 23 == zb V b f τ 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.
  51. 51. Reabilitação e Reforço de Estruturas 1. Ligação entre superfícies de betão existente/betão novo sem conectores •••• Aplicação restrita −−−− Ausência de tracções −−−− Tensões de corte baixas −−−− Carregamentos monotónicos −−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da zona de ligação Dimensionamento das ligações 51/2152011/2012 −−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da zona 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)
  52. 52. 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 somadas directamente com os seus valores máximos pois envolvem deslizamentos diferentes na interface. ATRITO ADESÃO S (deslizamento) ττττ
  53. 53. Reabilitação e Reforço de Estruturas 2. Ligações entre superfícies de betão existente/betão 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 de costura τ σn w s τ σs σs σn ρρρρb ≥≥≥≥ 0.10% percentagem da área dos conectores s – Deslizamento entre Faces w – Afastamento entre Faces τ – Tensão de Corte na Interface σs – Tensão de tracção nas Armaduras Transversais à Interface σn – Tensão de Compressão sobre a Interface. Efeito de Costura
  54. 54. Reabilitação e Reforço de Estruturas vRd,i = c fctd + µµµµ σσσσn + ρρρρb fyd,b (µµµµ sen αααα + cos αααα) ≤≤≤≤ 0.5 νννν fcd atrito efeito 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 devem ser reduzidos a metade
  55. 55. Reabilitação e Reforço de Estruturas Resistência ao corte dos conectores VRd,b = φφφφ2 b [ ]1 + (1.3 εεεε)2 −−−− 1.3 εεεε fcd fsyd.b (1 −−−− ττττ2) < As.b fsyd.b 3 εεεε = 3 l φφφφb fcd fsyd.b ττττ = σσσσs.b fsyd.b As,b = ππππ φφφφ2 b 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
  56. 56. Reabilitação e Reforço de Estruturas 3. Ligação entre superfícies de betão existente/resina/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 dispositivos de amarração nas extremidades das chapas para absorver as forças de arranque que aí se geram • amarração fora das zonas críticas de potencial formação de rótulas plásticas • protecção contra o fogo • controlo de qualidade elevado: preparação de superfícies, resina, injecção ou colagem ττττrd,g = f 'ctk γγγγm = f 'ctd [CEB GTG21]
  57. 57. 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 - 2 3 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
  58. 58. Reabilitação e Reforço de Estruturas 4. Ligação entre superfícies de betão existente/resina/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 parcelas 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:
  59. 59. Reabilitação e Reforço de Estruturas TIPOS DE INTERVENÇÃO DE REFORÇO ESTRUTURAL Reforço por Adição de Armaduras 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
  60. 60. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS EXTERIORES Reforço por colagem de chapas metálicas 60/2152011/2012
  61. 61. 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 transverso −−−− Reforço em lajes ao momento flector −−−− Mais adequado para acções monotónicas −−−− (Não se aplica no reforço à compressão -tendência das chapas a encurvarem-) −−−− (Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica)
  62. 62. Reabilitação e Reforço de Estruturas •••• Aspectos principais da solução −−−− Rapidez de execução e interferência mínima na utilização da estrutura −−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fluência 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 não serem necessárias deformações excessivas para mobilizar a sua capacidade resistente ⇒ Fe 360 −−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por injecção ou por espatulamento −−−− A ligação deve ser complementada com conectores e as chapas devem ser convenientemente amarradas nas extremidades −−−− As chapas devem ser protegidas contra a corrosão e a acção do fogo.
  63. 63. 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 ser a menor possível por forma a reduzir as deformações a longo prazo por fluência ⇒ (e ≤ 1 a 3 mm)
  64. 64. 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 agulhas; 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
  65. 65. Reabilitação e Reforço de Estruturas EXECUÇÃO Preparação de superfícies Martelo de agulhas Jacto de areia 65/2152011/2012 Jacto de água
  66. 66. Reabilitação e Reforço de Estruturas EXECUÇÃO Preparação de superfícies Jacto de água de alta pressão 66/2152011/2012 Diferentes níveis de preparação de superfície
  67. 67. Reabilitação e Reforço de Estruturas EXECUÇÃO Preparação de superfícies Jacto de areia e água 67/2152011/2012
  68. 68. Reabilitação e Reforço de Estruturas EXECUÇÃO Colocação e colagem das chapas 68/2152011/2012
  69. 69. Reabilitação e Reforço de Estruturas CONTROLO DE QUALIDADE ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA - BETÃO 69/2152011/2012
  70. 70. Reabilitação e Reforço de Estruturas CONTROLO DE QUALIDADE ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA – CHAPA METÁLICA 70/2152011/2012
  71. 71. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO À FLEXÃO Recomendações: 71/2152011/2012 SEM CONECTORES COM CONECTORES ts ≤≤≤≤ 4mm ts ≤≤≤≤ 12mm tg ≤≤≤≤ 2mm tg ≤≤≤≤ 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)
  72. 72. 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,r fyd,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 deq dr −−−− As,i di dr
  73. 73. 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 L 2 ττττRd ≤≤≤≤ fctd •••• Ligação com conectores FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ n VRd,b + ττττRd bs L 2 ττττRd ≈≈≈≈ 0.5 MPa Mais ancoragem das chapas nas extremidades
  74. 74. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO AO ESFORÇO TRANSVERSO Recomendações: hshs 74/2152011/2012 SEM CONECTORES COM CONECTORES ts ≤≤≤≤ 3 mm ts ≤≤≤≤ 8 mm tg ≤≤≤≤ 2 mm tg ≤≤≤≤ 2 mm hs ≥≥≥≥ 100 ts hs ≥≥≥≥ 100 ts ∆∆∆∆VSd ≤≤≤≤ 1/2 Vsd,i
  75. 75. Reabilitação e Reforço de Estruturas Verificação da segurança de vigas ao esforço transverso Vsd ≤≤≤≤ Vmax rd = 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
  76. 76. Reabilitação e Reforço de Estruturas Soluções de reforço 76/2152011/2012
  77. 77. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO DE PILARES Pormenores de ligações 77/2152011/2012 Pormenores de ligação das armaduras nos nós
  78. 78. 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,r fyd,i Método dos coeficientes globais Coeficiente de monolitismo: γγγγn,V = 0.9
  79. 79. 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
  80. 80. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO DE ESTRUTURAS COM FRP 80/2152011/2012
  81. 81. 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 transverso 81/2152011/2012 −−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço transverso −−−− 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 reforço por confinamento do betão −−−− Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica excepto no que se refere ao aumento da ductilidade
  82. 82. Reabilitação e Reforço de Estruturas •••• Aspectos principais da solução −−−− Interferência mínima na utilização da estrutura −−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fluência para cargas permanentes, mau comportamento ao fogo e à fadiga −−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características de resina, 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 espatulamento ou a rolo −−−− Resistência à tracção muito superior à do aço, ausência de corrosão, baixa densidade, dimensões contínuas −−−− Grande rapidez e facilidade de execução
  83. 83. Reabilitação e Reforço de Estruturas Material Módulo de Elasticidade [GPa] Tensão de Rotura [MPa] Extensão Última [%] Carbono Alta resistência Res. ultra elevada E elevado E ultra elevado 215 – 235 215 – 235 350 – 500 500 – 700 3500 – 4800 3500 – 6000 2500 – 3100 2100 – 2400 1.4 – 2.0 1.5 – 2.3 0.5 – 0.9 0.2 – 0.4 Vidro E 70 1900 – 3000 3.0 – 4.5 MATERIAIS FIBRAS 83/2152011/2012 E S 70 85 – 90 1900 – 3000 3500 – 4000 3.0 – 4.5 4.5 – 5.5 Aramida E baixo E elevado 70 – 80 115 – 130 3500 – 4100 3500 – 4000 4.3 – 5.0 2.5 – 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/m2 – 0.111mm 300 g/m2 – 0.167mm Ef = 240 / 390 / 640 GPa
  84. 84. Reabilitação e Reforço de Estruturas LAMINADOS 84/2152011/2012
  85. 85. Reabilitação e Reforço de Estruturas MANTAS 85/2152011/2012
  86. 86. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO À FLEXÃO E ESFORÇO TRANSVERSO LAMINADOS 86/2152011/2012 LAMINADOS E MANTAS
  87. 87. 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
  88. 88. 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
  89. 89. 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
  90. 90. Reabilitação e Reforço de Estruturas DIMENSIONAMENTO Coeficientes de Segurança Bulletin 14 – FIB ACI 440 –2000 Factores de segurança γM CFRP 1,351,2 Tipo de sistema FRP SistemasSistemas Pré-fabricados "in situ" 90/2152011/2012 ACI 440 –2000 Os valores nominais da resistência à flexão, Mn e ao corte, Vn são ainda multiplicados por um factor φφφφ ⇒ Kglobal ≈≈≈≈ 0.8 ⇒ γγγγM ≈≈≈≈ 1.25 Factor CE Sistemas CFRP 0,95 0,85 0,85Ambientes agressivos Quadro 3.2 - Valores de CE (ACI 440-2000) Condições de exposição Ambientes interiores Ambientes exteriores
  91. 91. 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,lim ctm ff máxb, f2 tE l × × = ctmffcbfmáxm, ftEKKb0,64αT ××××××××××××××××××××××××××××==== [mm]
  92. 92. 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-(21,06K ffb ++++××××==== 92/2152011/2012 Kc Condições Exemplo 1 Muito boas Condições de laboratório 0.85 – 0.95 Boas Ambientes fechados, boas condições de trabalho 0.75 – 0.85 Normais Ambientes abertos, boas condições de trabalho 0.65 – 0.75 Más Ambientes poeirentos, húmidos, más condições de trabalho
  93. 93. 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
  94. 94. Reabilitação e Reforço de Estruturas Abordagem 1 – Outros documentos •••• S&P, 2008 εf,lim = 0.75% para Ef = 150 Gpa εf,lim = 0.65% para Ef = 200 Gpa •••• Japanese standard εf,lim = 0.4 a 0.8% depende de Ef 94/2152011/2012 •••• ACI 440 para n Ef tf ≤ 214000 para n Ef tf ≥ 214000 Reforços com maior rigidez, ⇒ menor εf,lim ε 428000 tnE 1ε fu ff limf, ×−= ε tnE 107000 ε fu ff limf, ×=
  95. 95. 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
  96. 96. 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 tensão (máx ∆σ∆σ∆σ∆σfd); 96/2152011/2012 •••• É um método fundamentado •••• Sistemas laminados ε f,lim ≈≈≈≈ 2,6 o/oo •••• Aplicação prática complexa
  97. 97. 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 < εyd cbd d b f EA 1db95.0 V ≤     + =τ 97/2152011/2012 Armadura fora da cedência: εs < εyd Armadura em cedência: εs > εyd Tensão resistente de aderência: fcbd = 1.8 fctk/γγγγc •••• Expressões de fácil aplicação •••• Considera um maior número de parâmetros relacionados com o arrancamento: As, Af, Es, Ef, bf e fcbd •••• Constata-se alguma coerência com o proposto pelo ACI 440 •••• Por vezes conduz a valores com tendência conservativa. ff s1s f EA EA 1db95.0       + cbd f d b f db95.0 V ≤=τ
  98. 98. 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 < εyd cbd s1s f d b f EA EA 1db95.0 V ≤       + =τ 98/2152011/2012 Armadura em cedência: εs > εyd ff f EA 1db95.0     + cbd f d b f db95.0 V ≤=τ Tensão resistente de aderência: fcbd = 1.8 fctk/γγγγc •••• Zona de ancoragem ctm ff máxb, f2 tE l × × = ctmffcbfmáxm, ftEKKb0,64αT ××××××××××××××××××××××××××××====
  99. 99. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço ao Esforço Transverso Adaptação dos modelos utilizados para armaduras VRd = Vwd + Vfd 99/2152011/2012 Vwd = (As/s) fyd z cotg θθθθ Vfd = (2 tf) Ef εεεεfd,e z (cotgθθθθ + cotgαααα ) senαααα - Armaduras - Reforço CFRP contínuo
  100. 100. Reabilitação e Reforço de Estruturas Vfd = (2 tf bf / sf) Ef εεεεfd,e z (cotgθθθθ + cotgαααα ) senαααα - Reforço CFRP espaçado 100/2152011/2012 Extensão efectiva de cálculo: εεεεfd,e = εεεεfk,e / γγγγf γγγγf = 1.2 laminados γγγγf = 1.35 mantas
  101. 101. Reabilitação e Reforço de Estruturas (fib – bulletin 14) •••• εεεεf,e pode ser determinada por: fu 0.3 ffu 2/3 ef, ε ρE f 0.17ε cm ×         ×= Reforço em forma de U Reforço envolvendo a secção ρf = (2tf/bw) sen α Reforço contínuo ρf = (2tf/bw) bf/sf 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, ε ρE f 0.17,10 ρE f 0.65minε cmcm 0.3 descolamento rotura Efu [GPa]
  102. 102. Reabilitação e Reforço de Estruturas Ensaios – sistema laminados L 102/2152011/2012
  103. 103. Reabilitação e Reforço de Estruturas Beam T3 103/2152011/2012
  104. 104. Reabilitação e Reforço de Estruturas 104/2152011/2012
  105. 105. Reabilitação e Reforço de Estruturas Sistema laminados L 105/2152011/2012
  106. 106. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço de Pilares 106/2152011/2012
  107. 107. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço de Pilares por Confinamento do Betão 107/2152011/2012
  108. 108. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aplicação de mantas de carbono no confinamento de pilares 108/2152011/2012
  109. 109. 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
  110. 110. 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(MPa) 1 2 3 3 camadas 2 camadas 1 camada Sem reforço
  111. 111. Reabilitação e Reforço de Estruturas ENSAIOS Reforço à Flexão VIGA DE REFERÊNCIA 111/2152011/2012
  112. 112. Reabilitação e Reforço de Estruturas VIGA REFORÇADA COM LAMINADOS CFRP 112/2152011/2012
  113. 113. Reabilitação e Reforço de Estruturas VIGA REFORÇADA COM LAMINADOS E MANTAS CFRP 113/2152011/2012
  114. 114. Reabilitação e Reforço de Estruturas VIGA REFORÇADA COM CHAPAS METÁLICAS E MANTAS CFRP 114/2152011/2012
  115. 115. Reabilitação e Reforço de Estruturas Montagem do ensaio 115/2152011/2012
  116. 116. Reabilitação e Reforço de Estruturas Rotura do reforço por corte na ligação à viga –interface betão/armadura- 116/2152011/2012
  117. 117. Reabilitação e Reforço de Estruturas Viga reforçada com laminados e mantas U 117/2152011/2012
  118. 118. Reabilitação e Reforço de Estruturas Viga reforçada com chapas metálicas 118/2152011/2012
  119. 119. Reabilitação e Reforço de Estruturas RESULTADOS DOS ENSAIOS Gráfico P- δδδδ a meio vão das 4 vigas 240,0 260,0 280,0 300,0 320,0 340,0 360,0 Viga εεεε,máx (x10 -3 ) CFRP 7,4 CFRP + U 8,9 119/2152011/2012 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 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
  120. 120. 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
  121. 121. 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
  122. 122. Reabilitação e Reforço de Estruturas EXECUÇÃO DO REFORÇO Preparação da superfície 122/2152011/2012 Aplicação do sistema de reforço com mantas de fibras de carbono
  123. 123. 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
  124. 124. 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
  125. 125. Reabilitação e Reforço de Estruturas Energia dissipada acumulada [kNm] 125/2152011/2012
  126. 126. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS Metodologias a) Método Indirecto: Aplicação de contra-flecha à estrutura 1) Aplicar força vertical para cima utilizando grandes macacos 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-flecha à estrutura em geral não compensa
  127. 127. Reabilitação e Reforço de Estruturas 1) Colar as extrem. do FRP em ancoragens e aplicar o PE num pórtico auxiliar. Metodologias b.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 resina endurecer. 3) Cortar o FRP PE das ancoragens e transferir o PE para a estrutura. Fácil de aplicar em pequenas estruturas Necessita de pórtico auxiliar de grandes proporções em estruturas de grande porte
  128. 128. 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 estrutura Metodologias 128/2152011/2012 As ancoragens são uma vantagem para contrariar o arrancamento prematuro por corte do FRP Este método só necessita de equipamento mais leve pelo que o torna 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
  129. 129. 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 betão com resina epóxi. 2. Ancoragem móvel Laminado colado entre duas chapas de aço ligadas por 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.
  130. 130. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aspectos Principais −−−− Equipamento de aplicação do pré-esforço leve e fácil de operar −−−− Possível aplicar pré-esforço correspondente a alongamentos 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 elementos reforçados (reforço activo) 130/2152011/2012 −−−− Redução das deformações e abertura de fendas nos elementos reforçados (reforço activo) −−−− Maior exploração da capacidade resistente dos laminados −−−− Melhor comportamento do reforço devido às ancoragens nas extremidades do laminado −−−− Aumento de custo do reforço devido às chapas de ancoragem.
  131. 131. Reabilitação e Reforço de Estruturas ENSAIOS 131/2152011/2012
  132. 132. Reabilitação e Reforço de Estruturas Resultados dos ensaios 132/2152011/2012
  133. 133. Reabilitação e Reforço de Estruturas TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS 133/2152011/2012
  134. 134. Reabilitação e Reforço de Estruturas TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS 134/2152011/2012
  135. 135. Reabilitação e Reforço de Estruturas 135/2152011/2012
  136. 136. Reabilitação e Reforço de Estruturas LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS NÃO ADERENTES 136/2152011/2012
  137. 137. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aplicação no reforço de uma laje 137/2152011/2012
  138. 138. 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 CFRP 0,220 0,40 0,70 0,35 [m] Chapas de ancoragem (400 x 220 x 8 mm³) 8 Buchas metálicas (M10) 138/2152011/2012
  139. 139. Reabilitação e Reforço de Estruturas Resultados dos ensaios 139/2152011/2012
  140. 140. Reabilitação e Reforço de Estruturas Ensaio do sistema de pré-esforço SIKA 140/2152011/2012
  141. 141. Reabilitação e Reforço de Estruturas Resultados dos ensaios 141/2152011/2012
  142. 142. 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
  143. 143. Reabilitação e Reforço de Estruturas •••• Campos de aplicação −−−− Aumentar a resistência de zonas comprimidas −−−− Necessidade de grande aumento de resistência/rigidez −−−− Necessidade de garantir boa protecção ao fogo das armaduras de reforço −−−− Reforço de lajes, vigas, pilares e paredes para todos os esforços, em especial os devidos à acção sísmica 143/2152011/2012 •••• Aspectos principais da solução −−−− Implica um aumento das dimensões das secções transversais −−−− Grande interferência na utilização da estrutura −−−− Relativamente ao reforço com chapas metálicas apresenta as vantagens do reforço à acção sísmica, melhor protecção ao fogo e à corrosão das armaduras de reforço −−−− Requer preparação de superfície cuidada do betão existente
  144. 144. 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 adição e o inicial; - remoção de betão alterado 144/2152011/2012 a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas; jacto de areia; jacto de água de alta pressão b) limpeza – jacto de água
  145. 145. Reabilitação e Reforço de Estruturas 3 - Colocação das armaduras adicionais (reposição no caso de deterioração das armaduras iniciais) 4 - Betonagem Materiais: betão argamassa Tecnologia de aplicação: Cofrado Projectado Aplicação 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
  146. 146. 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
  147. 147. Reabilitação e Reforço de Estruturas 80 100 120 140 Poly. (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
  148. 148. 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 iniciais 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
  149. 149. Reabilitação e Reforço de Estruturas Disposição de armaduras adicionais Reforço de vigas 149/2152011/2012
  150. 150. Reabilitação e Reforço de Estruturas Amarração dos varões nos nós 150/2152011/2012 Amarração dos varões nos nós
  151. 151. 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 { }Aeq s zeq f i syd = Ai s zi f i syd + Ar s zr f r syd
  152. 152. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aeq s = Ai s + Ar s f r syd f i syd zeq = Ai s zi f i syd + Ar s zr f r syd Ai s f i syd + Ar s f r syd Verificação da segurança de vigas à flexão Admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se: Mrd ≈≈≈≈ γγγγn,M         Aeq s 0.9 deq f i syd = f i syd       Ai s 0.9 di + Ar s 0.9 dr f r syd f i syd Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras 152/2152011/2012 Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras Ar s = f r syd f i syd       Aeq s deq dr - Ai s 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 = 1.00 EC 8 (parte 1.4, 1995)
  153. 153. Reabilitação e Reforço de Estruturas Ligação entre o betão existente e o material de adição O funcionamento e eficiência de um reforço por encamisamento 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 ×××× Ar s f r syd Ar s f r syd + Ai s f r syd ττττrd,a = ηηηη f'ctd ηηηη = [MC90] 0.2 superfícies lisas 0.4 superfícies rugosas
  154. 154. Reabilitação e Reforço de Estruturas Verificação da segurança de vigas ao esforço transverso V ≤≤≤≤ Vmax = 0.6 f bi zi sen θθθθ cos θ +θ +θ +θ + 0.50.50.50.5 ∗∗∗∗ 0.6 f (br - bi ) zr sen θθθθ cos θθθθ 154/2152011/2012 Vsd ≤≤≤≤ Vmax rd = 0.6 fcd bi zi sen θθθθ cos θ +θ +θ +θ + 0.50.50.50.5 ∗∗∗∗ 0.6 fcd (br - bi ) zr sen θθθθ cos θθθθ Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )V i rd + V r rd Vrd = γγγγn,v       0.9 di A i sw s cotg θθθθ f i yd + 0.9 dr A r sw s cotg θθθθ f r yd Coeficiente de monolitismo [Eurocódigo 8 – parte 1.4, 1995]γγγγn,V = 0.80 ; γγγγn,k = 0.75 Recomendação: V final Rd < 2 V i Rd
  155. 155. Reabilitação e Reforço de Estruturas Disposições de armaduras adicionais Reforço de pilares 155/2152011/2012
  156. 156. 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: Af c < 2 Ai c Af c > 2 Ai c (a secção inicial é desprezável)
  157. 157. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aumento da resistência à compressão devido à cintagem (confinamento) σσσσ* c = fcd (1.000 + 2.50 αααα ωωωωw) para: σσσσ2 fcd < 0.05 σσσσ* c = fcd (1.125 + 1.25 αααα ωωωωw) para: σσσσ2 fcd > 0.05 ou: Resistência à compressão [MC90] 157/2152011/2012 fcd σσσσ2 – tensão de confinamento: σσσσ2 fcd = 1 2 ωωωωw ωωωωw = volume de estribos volume de betão = 2 (b0 + h0) φφφφ 2 est 4 1 s b0 h0 α - factor de eficiência (forma da secção e espaçamento das cintas) (no caso de pilares rectangulares com cintas no contorno)
  158. 158. Reabilitação e Reforço de Estruturas EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO DO BETÃO À COMPRESSÃO 158/2152011/2012 CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS
  159. 159. 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
  160. 160. Reabilitação e Reforço de Estruturas COMPORTAMENTO DE PILARES REFORÇADOS SUJEITOS A ACÇÕES CÍCLICAS 160/2152011/2012 Ref - A. Gomes, IST
  161. 161. Reabilitação e Reforço de Estruturas 161/2152011/2012 Pilar reparado Varões emendados por soldadura Pilar reforçado por encamisamento
  162. 162. Reabilitação e Reforço de Estruturas Pilar reparado (P1R) 162/2152011/2012 Pilar reforçado (P2R)
  163. 163. 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
  164. 164. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço dos pilares de uma ponte 164/2152011/2012
  165. 165. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço dos pilares por encamisamento 165/2152011/2012
  166. 166. Reabilitação e Reforço de Estruturas Teste piloto 166/2152011/2012
  167. 167. Reabilitação e Reforço de Estruturas Aspecto final dos pilares 167/2152011/2012
  168. 168. 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
  169. 169. 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
  170. 170. Reabilitação e Reforço de Estruturas Exemplos – Corrigir comportamento deficiente 170/2152011/2012 Controlo da fendilhação e deformação Aumento da capacidade resistente
  171. 171. Reabilitação e Reforço de Estruturas Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no reforço do tabuleiro de uma ponte em caixão 171/2152011/2012
  172. 172. 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
  173. 173. Métodos de análise Análisedasecção Análisedaestrutura esforçocomoelementosestruturais) Métodossimplificados (cargasequivalentes) Análisedaestrutura (cabosdepré-esforçocomoelementosestruturais) Métodossimplificados (cargasequivalentes)
  174. 174. Reabilitação e Reforço de Estruturas Pré-esforço exterior (não aderente) Dimensionamento 174/2152011/2012 Pré-esforço interior (aderente)
  175. 175. 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”
  176. 176. 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”
  177. 177. Reabilitação e Reforço de Estruturas Exemplo de reforço com pré-esforço exterior Desviadores 177/2152011/2012
  178. 178. Reabilitação e Reforço de Estruturas Ancoragens 178/2152011/2012
  179. 179. Reabilitação e Reforço de Estruturas Exemplo de reforço de silos e depósitos com pré-esforço exterior 179/2152011/2012
  180. 180. 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 telecomunicações, ...) 180/2152011/2012 pontes e viadutos em vias de acesso estratégicas estruturas dimensionadas com base em regulamentos anteriores – valor de projecto da acção sísmica inferior ao actual estruturas com fraca resistência à acção sísmica devido a deficiências de concepção, projecto e/ou execução
  181. 181. Reabilitação e Reforço de Estruturas Deficiências observadas no comportamento de estruturas 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
  182. 182. 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
  183. 183. Reabilitação e Reforço de Estruturas Sistemas de isolamento de base 183/2152011/2012 Aparelhos de atrito tipo pendular Aparelhos de neoprene de alta distorção
  184. 184. Reabilitação e Reforço de Estruturas Introdução do isolamento de base em pilares 184/2152011/2012
  185. 185. Reabilitação e Reforço de Estruturas Introdução do isolamento de base num edifício antigo 185/2152011/2012
  186. 186. Reabilitação e Reforço de Estruturas Sistemas de dissipação de energia Amortecedores Viscosos 186/2152011/2012
  187. 187. 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 AceleraçãoSe/ag 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) DeslocamentoSDe/ag 2% 5% 10% 15% 20% 30%
  188. 188. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço baseado no acréscimo da capacidade resistente 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
  189. 189. 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
  190. 190. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço de elementos existentes Encamisamento Bom funcionamento à tracção e compressão Intervenção trabalhosa e com significativa interferência 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
  191. 191. 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 utilização da estrutura 191/2152011/2012
  192. 192. 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
  193. 193. Reabilitação e Reforço de Estruturas TÉCNICAS DE REFORÇO DE FUNDAÇÕES 1. Reforço de fundações sem alterar o nível da transmissão das cargas ao terreno Consolidação das fundações por melhoramento das qualidades mecânicas do solo de fundação Consolidação das fundações por aumento da superfície 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
  194. 194. 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
  195. 195. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço sem aumento da superfície das sapatas 195/2152011/2012
  196. 196. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço com estacas ou micro-estacas 196/2152011/2012
  197. 197. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço da fundação de paredes de alvenaria Reforço com micro-estacas 197/2152011/2012
  198. 198. Reabilitação e Reforço de Estruturas Exemplo 198/2152011/2012
  199. 199. Reabilitação e Reforço de Estruturas Exemplo 199/2152011/2012
  200. 200. Reabilitação e Reforço de Estruturas Recalçamento de fundações de paredes de alvenaria Faseamento da execução 200/2152011/2012
  201. 201. Reabilitação e Reforço de Estruturas Reforço com estacas 201/2152011/2012 Reforço da fundação com encamisamento de betão
  202. 202. Reabilitação e Reforço de Estruturas Anomalias em estacas 202/2152011/2012
  203. 203. Reabilitação e Reforço de Estruturas Anomalias em estacas 1 4 3 Ensaios diagrafia sónica (cross hole) 203/2152011/2012 3 2
  204. 204. Reabilitação e Reforço de Estruturas Anomalias em estacas 1 4 3 204/2152011/2012 2
  205. 205. Reabilitação e Reforço de Estruturas Anomalias em estacas 205/2152011/2012
  206. 206. Reabilitação e Reforço de Estruturas REPARAÇÃO DE ESTACAS 206/2152011/2012
  207. 207. Reabilitação e Reforço de Estruturas Estaca danificada por deficiência de betonagem Reparação/reforço com jet-grout 207/2152011/2012
  208. 208. Reabilitação e Reforço de Estruturas Ensaio prévio 208/2152011/2012 Estaca reforçada
  209. 209. Reabilitação e Reforço de Estruturas INFRA-ESCAVAÇÃO REFORÇO DE FUNDAÇÕES 209/2152011/2012 INFRA-ESCAVAÇÃO Belbetões – Ponte Almirante Sarmento Rodrigues sobre o rio Douro
  210. 210. Reabilitação e Reforço de Estruturas 210/2152011/2012
  211. 211. 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
  212. 212. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS 212/2152011/2012
  213. 213. 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
  214. 214. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO POR ADIÇÃO DE CAPITEL DE BETÃO 214/2152011/2012
  215. 215. Reabilitação e Reforço de Estruturas REFORÇO POR ADIÇÃO DE CAPITEL METÁLICO 215/2152011/2012

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