UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
PATOLOGIA E TERAPIA
DAS ESTRUTURAS
REFORÇO COM CONCRETO
PROF. ÉLVIO MOSCI PIANCASTELL...
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O reforço ...
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Patologia e terapia das estruturas reforço com concreto armado (1)

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Patologia e terapia das estruturas e reforço com concreto armado

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Patologia e terapia das estruturas reforço com concreto armado (1)

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS PATOLOGIA E TERAPIA DAS ESTRUTURAS REFORÇO COM CONCRETO PROF. ÉLVIO MOSCI PIANCASTELLI ESCOLA DE ENGENHARIA
  2. 2. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 1 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 02 2. REFORÇO COM CONCRETO .................................................................. 03 3. TRATAMENTO DO SUBSTRATO ........................................................ 05 4. REFORÇO DE PILARES ........................................................................... 06 4.1. Cálculo do Reforço ............................................................................. 07 4.2. Reforço por Encamisamento ................................................................ 08 4.3. Reforço Lateral ..................................................................................... 09 4.4. Reforço por Cintamento ..................................................................... 10 5. REFORÇO DE VIGAS ............................................................................. 11 5.1. Cálculo do Reforço ............................................................................. 12 5.2. Reforço à Flexão ........................................................................... 13 5.3. Reforço ao Cisalhamento .................................................................... 16 5.4. Reforço à Torção ............................................................................... 17 6. REFORÇO DE LAJES ............................................................................. 19 6.1. Cálculo do Reforço ............................................................................. 19 6.2. Reforço à Flexão .................................................................................. 19 6.3. Reforço à Punção ............................................................................... 22 6.4. Reforço ao Cisalhamento .................................................................... 23 7. CONSOLOS DE REFORÇO .................................................................... 23 8. REFORÇO DE FUNDAÇÕES EM SAPATA........................................ 25 9. REFORÇO DE FUNDAÇÕES EM ESTACAS ........................................ 28 10. BIBLIOGRAFIA ....................................................................................... 30
  3. 3. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 2 1. INTRODUÇÃO Quando o desempenho de uma peça estrutural é insatisfatório, colocando em risco sua segurança, sejam quais forem as causas ou origens do problema, são necessárias intervenções que: • visem devolver-lhe o desempenho perdido - RECUPERAÇÃO; ou • aumentar-lhe o desempenho - REFORÇO. Observa-se, portanto, que a diferença entre recuperação e reforço é apenas conceitual, e depende do ponto de partida do raciocínio feito. Doravante, neste trabalho, apenas por comodidade, será utilizado apenas o termo reforço. Existem várias técnicas de reforço, algumas delas já consagradas e outras que, apesar de já se terem mostrado eficientes, ainda estão, sob observação e/ou em desenvolvimento. Na realidade, nos últimos tempos, o desenvolvimento com relação aos reforços tem estado mais ligado a materiais e procedimentos do que a descobertas de novas técnicas. As principais técnicas de reforço podem ser definidas como: • Reforço com concreto armado; • Reforço com perfis metálicos; • Reforço com chapas de aço coladas; • Reforço com lâminas ou folhas de carbono coladas; • Reforço por protensão.
  4. 4. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 3 2. REFORÇO COM CONCRETO O concreto, seja ele moldado em formas ou projetado, é, sem sombra de dúvidas, o material mais versátil para o reforço ou recuperação de estruturas de concreto armado, por poder ser utilizado em todos os tipos de peças estruturais e nas mais diversas situações e condições. Os reforços em concreto armado são muito utilizados, principalmente, pelo fato de exigirem procedimentos, em sua maioria, análogos aos empregados em obras novas. Mesmo os procedimentos específicos são de fácil execução, não exigindo mão de obra muito especializada, desde que criteriosamente detalhados e especificados. Apesar disso, não dispensa os cuidados inerentes a toda e qualquer intervenção de reforço. O reforço com concreto projetado difere daquele em concreto armado apenas com relação ao lançamento e adensamento do concreto, que é feito numa única etapa, através de equipamento de projeção a ar comprimido. Entretanto, a operação desse equipamento exige mão de obra especializada, experiente, e responsável. Uma das maiores preocupações nos reforços com concreto relaciona-se à aderência entre o concreto de reforço (concreto novo) e o concreto da peça a ser reforçada (concreto velho). Ela é vital para garantir o comportamento conjunto (monolítico) peça original / reforço, ou seja, para que a peça reforçada trabalhe como uma peça monolítica. Caso seja necessário, pode-se lançar mão de adesivos epoxídicos para garantir tal aderência. Deve-se lembrar, entretanto, que esse tipo de resina começa a perder o poder de adesão em temperaturas acima de 50 o C, sendo que os de melhor performance conseguem trabalhar com a temperatura máxima de 90 o C. Recurso muito utilizado, para também garantir o comportamento monolítico da peça reforçada, é a adoção de pinos que atravessam a interface dos dois concretos, os quais passam a resistir aos esforços de cisalhamento que alí se desenvolvem. Esses pinos podem ser representados por estribos prolongados, chumbadores, ou pequenas barras coladas com resinas - Figura 2.1.
  5. 5. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 4 Figura 2.1 - Pinos para Ligação de Concretos Exigência, normalmente feita, é que o concreto novo apresente características semelhantes às do concreto velho, principalmente resistências e módulo de elasticidade. É claro que o material a ser utilizado no reforço de um elemento estrutural de concreto, seja ele o próprio concreto ou outro qualquer, deve ter suas características analisadas tendo-se em vista as características do concreto do elemento a ser reforçado. Entretanto, definir, genericamente, no caso do concreto, que tais características devam ser aproximadamente as mesmas chega a ser um erro, porque diferenças podem ser até necessárias, em função de efeitos e comportamentos desejados em casos específicos. Para justificar essa colocação cita-se que o concreto armado é composto por materiais de características mecânicas bem diferentes, que, entretanto, não impedem o seu perfeito funcionamento conjunto, em função da correta consideração das mesmas. Quanto ao cálculo de reforços, deve-se registrar que a NBR-6618, referente ao projeto e execução de obras de concreto armado, não faz qualquer menção a eles. Por isso, projetos de reforços são normalmente desenvolvidos com base na experiência pessoal do engenheiro projetista, que, muitas vezes, adapta preconizações daquela norma ou utiliza critérios isolados de normas de outros paises. Convém chamar a atenção para o fato de não existirem normas para reforço tão abrangentes quanto as existentes para obras novas, mesmo nas mais renomadas instituições de normatização.
  6. 6. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 5 Nos ítens a seguir, serão abordados reforços de diversas peças estruturais, utilizando o concreto como material de reforço. As argamassas ou concretos grouts, as argamassas projetadas, e as argamassas ou concretos poliméricos ou de resinas podem ser, também, empregados nos reforços descritos. 3. TRATAMENTO DO SUBSTRATO - CONCRETO E ARMADURAS Para o bom desempenho de qualquer intervenção, principalmente de recuperação ou reforço, é fundamental que o substrato (superfícies do concreto e do aço existentes) seja convenientemente tratado. São duas as finalidades básicas do tratamento: • retirar todo material deteriorado ou contaminado; • propiciar as melhores condições de aderência entre o substrato e o material de recuperação ou reforço. Para o tratamento do substrato, podem ser adotados os seguintes procedimentos: ♦ Escarificação manual (marreta, talhadeira, ponteiro); ♦ Escarificação mecânica (martelete, rompedor, fresa); ♦ Escovamento manual (escova de aço); ♦ Lixamento manual ou elétrico (lixas para concreto e aço, lixadeira elétrica); ♦ Hidro-demolição (equipamento específico); ♦ Jateamento de areia (equipamento específico); ♦ Jateamento de água e areia (equipamento específico); ♦ Queima controlada com chama (maçarico); ♦ Corte de concreto (discos ou fios de corte); ♦ Jateamento de ar comprimido (equipamento específico); ♦ Jateamento de água fria ou quente (equipamento específico); ♦ Jateamento de vapor (equipamento específico);
  7. 7. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 6 ♦ Lavagem com soluções ácidas (solução de ácido clorídrico, Reebaklens da Fosroc); ♦ Lavagem com soluções alcalinas (solução de “soda cáustica”); ♦ Aplicação de removedores de óleos e graxas (Reebexol Super da Fosroc); ♦ Aplicação de removedores de gordura e ácido úrico - suor - (álcool isopropílico, acetona); ♦ Umedecimento ou saturação da superfície do concreto com água (aspersão, pano ou areia molhados). A superfície do concreto velho que entrará em contato com o material de recuperação ou reforço deverá ser apicoada para a retirada da nata de cimento superficial - Figura 3.1. Ela deverá apresentar-se seca ou úmida (saturada com superfície seca) em função do material a ser utilizado. Apicoamento p/ Reforço do Pilar Apicoamento p/ Reforço da Viga Figura 3.1 - Apicoamento do Concreto 4. REFORÇO DE PILARES Pilares são os elementos estruturais que, para reforço, maires exigências impõem ao projetista. Eles são reforçados por diversos motivos, como por exemplo: • erros de cálculo; • erros de detalhamento; • deficiências dos materiais (fck estimado menor que o de projeto); • mau adensamento do concreto; • corrosão das armaduras; • impactos acidentais; • erros de locação.
  8. 8. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 7 4.1. Cálculo do Reforço Antes do reforço de um pilar, o ideal seria alivia-lo de sua carga. Entretanto, salvo em casos muito especiais, tal alívio só é conseguido de forma parcial, estando, portanto, o pilar original ainda solicitado no instante do reforço. Supondo que, em tal instante, o pilar original esteja resistindo uma carga N, após o reforço, o conjunto pilar original-reforço passará a resistir a uma carga N + ∆N. Dessa carga total (N + ∆N), o pilar original será solicitado por uma parcela igual a N + α ∆N, e o reforço pela parcela restante de (1-α) ∆N. O valor de α dependerá da relação entre a rigidez do pilar original e a rigidez do reforço, bem como das condições de ligação estrutura-reforço já comentada anteriormente. A Figura 4.1.1 ilustra o citado, através de analogia com o comportamento de molas helicoidais. Figura 4.1.1 - Distribuição de Carga Entre Pilar (F1) e Reforço (F2) Caso a nova carga solicitante do pilar original (N + α ∆N) o leve à ruptura, a carga total (N + ∆N) passará a solicitar o reforço, que deverá ser capaz de suportar-la, evitando a ruptura geral do pilar reforçado. Em função disso, é procedimento comum, e seguro, projetar o reforço para suportar, sózinho, toda a carga, ou seja, desprezar a resistência do pilar original. É importante ressaltar que pilares são solicitados não só por cargas normais (compressão simples), mas também por momentos fletores (flexão normal ou oblíqua composta), o que torna as considerações de trabalho conjunto pilar original-reforço ainda mais complexas.
  9. 9. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 8 De qualquer forma, caso se vá considerar a contribuição do pilar original, as deformações iniciais do concreto devem ser rigorosamente consideradas no projeto, para que as deformações finais (após o reforço) não ultrapassem os valores limites teóricos de ruptura (item 4.1.1.1 da NBR-6118). As tensões iniciais devem também ser consideradas com o mesmo rigor. Convém ressaltar que reforços em concreto geralmente aumentam a rigidez das peças tratadas, sendo necessário, portanto, verificar a influência desse aumento no comportamento global da estrutura (redistribuição de esforços). Finalizando, é importante destacar que, pelo exposto neste item, pode-se concluir que qualquer intervenção a ser executada num elemento estrutural, por mais simples que possa parecer, deve ser precedida de análise estrutural, sob pena de redução da segurança do mesmo. Como contra exemplo muito comum, pode-se citar os casos de oxidação de armaduras, onde muitas empresas de execução, geralmente por desconhecimento do comportamento estrutural, realizam intervenções à revelia daquela análise. 4.2. Reforço por Encamisamento Nesse tipo de reforço, o pilar original, é totalmente envolvido pelo concreto armado de reforço, conforme mostra a Figura 4.2.1. Figura 4.2.1 - Pilares - Reforço por Encamisamento
  10. 10. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 9 Na Figura 4.2.1 (A), vê-se o reforço de apenas um vão do pilar. A transferência de esforços é feita através das vigas e da aderência entre os concretos do pilar original e do reforço. A armadura longitudinal de reforço é ancorada nas vigas e na laje inferior por colagem com resina, e estendida até a face inferior da laje superior. A execução de capitel no pilar subjacente, pode ser necessária para uma melhor transferência dos esforços do reforço. O reforço mostrado na Figura 4.2.1 (B) é continuo, ou seja, atinge vãos contiguos do pilar. Nesse caso, é importante a continuidade da armadura longitudinal de reforço, onde ela seja possível, como ocorre quando só é preciso atravessar o concreto das lajes. Caso o reforço utilize concreto projetado, não deverá haver problemas de ordem executiva. Entretanto, quando se adota solução em concreto armado, o concreto pode ser lançado nas formas pela sua abertura superior, em etapas ou em uma única operação. De qualquer forma, a concretagem junto às lajes ficará impedida.A Figura 4.2.2 apresenta algumas maneiras de se contornar tal dificuldade. Figura 4.2.2 - Encamisamento - Concretagem de Trecho Junto a Lajes É interessante observar que, nos reforços por encamisamento, a retração transversal favorece a aderência entre os dois concretos. 4.3. Reforço Lateral Esse reforço difere daquele por encamisamento, porque o acréscimo de concreto não é feito em todas as faces do pilar original (Figura 4.3.1).
  11. 11. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 10 Neste caso, só existe a opção do reforço trabalhar em conjunto com o pilar original, o que torna essencial a ligação entre os dois concretos. O uso de pinos de cisalhamento, conforme já descrito e mostrado na Figura 2.1, é, portanto, essencial, sendo conveniente, também, a utilização de adesivos estruturais. Na Figura 4.3.1 (A) é mostrada solução através de estribos soldados, que só deve ser adotada no caso de aços não encruados a frio. Na solução da Figura 4.3.1 (B), através de sulcos abertos no cobrimento de duas faces do pilar original, estribos são incorporados, com argamassa de resina ou argamassa polimérica, ao pilar original. A Figura 4.3.1 (C) ilustra ligação por meio de chumbadores. Figura 4.3.1 - Pilares - Reforço Lateral - Utilização de Pinos Quanto à execução, são válidos todos os comentários feitos no item 4.2. Observa-se que este tipo de reforço de pilares é o menos utilizado. 4.4. Reforço por Cintamento Em pilares solicitados por cargas normais, pode ser vantajosa, em função da geometria do pilar original, a adoção de reforço com armadura transversal circular de cintamento. Esse tipo de reforço conduz, obviamente, a uma seção transversal final (após o reforço) de forma circular - Figura 4.4.1.
  12. 12. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 11 O cintamento propicia um aumento na resistência à compressão, por fretagem, do concreto de reforço (a ruptura à compressão do concreto ocorre por tração em plano perpendicular ao de compressão), bem como do pilar original. A NBR-6118 faz uma série de recomendações e exigências para o projeto de pilares cintados, que, obviamente, devem ser observadas, em adição às considerações específicas de projetos de reforço, como os estados iniciais de tensão e deformação. Em pilares de seção retangular, nos serviços de preparação do substrato, as quinas podem ser quebradas caso seja desejada a redução do diâmetro externo final do pilar. Figura 4.4.1 - Pilares - Reforço por Cintamento 5. REFORÇO DE VIGAS A grande maioria dos reforços executados em vigas de concreto armado ocorrem em função de seu mau desempenho frente às solicitações de flexão ou cisalhamento, devido a causas as mais diversas. Menos comum são os reforços causados por baixo desempenho à torção. Flechas excessivas, apesar de não ameaçar a segurança da viga, causam desconforto aos usuários, podem prejudicar o funcionamento de outras peças estruturais, e de partes não estruturais da edificação (janelas, portas, pontes rolantes,etc), exigindo, portanto, intervenções de reforço. Como em todo reforço, o sucesso da intervenção depende substancialmente do tratamento do substrato, por sua vez ligado à aderência entre o concreto velho e o novo.
  13. 13. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 12 5.1. Cálculo do Reforço O cálculo do reforço de vigas pode ser feito com base nos critérios da NBR-6118, com a devida consideração das tensões e deformações existentes antes do reforço. A Figura 5.1.1 apresenta os estados de tensão e deformação de uma viga submetida a reforço de flexão. Figura 5.1.1 - Vigas - Estados de Tensão e Deformação Antes e Depois do Reforço A análise das tensões de cisalhamento na interface do concreto original com o de reforço é de fundamental importância, visto que o desempenho conjunto desses dois materiais, vital para a boa performance da peça, depende de sua ligação. As tensões de cisalhamento ao longo da altura de uma viga retangular estão mostradas no diagrama da Figura 5.1.2. Figura 5.1.2 - Viga Retangular - Tensões de Cisalhamento
  14. 14. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 13 No cálculo à flexão, deve-se, também, verificar a necessidade das barras longitudinais serem ancoradas no pilar. Essa verificação corresponde ao estudo da cobertura do diagrama de momentos fletores normalmente feito no projeto de vigas novas. Caso a seção original da viga (concreto e aço) seja suficiente para absorver os momentos fletores próximos dos apoios, a citada ancoragem não é necessária. Nesse caso, entretanto, a viga passa a ter apoio de altura reduzida, exigindo as verificações concernentes. Destaca-se a verificação da armadura de suspensão dos esforços que chegam pela armadura de reforço. Ressalta-se que, na maioria dos reforços de vigas, a seção original é capaz de absorver os momentos junto aos apoios. A Figura 5.1.3 ilustra as duas situações citadas. Figura 5.1.3 - Barras Ancoradas ou Não nos Pilares 5.2. Reforço à Flexão O reforço de vigas à flexão com concreto armado ou projetado é feito, basicamente, por encamisamento. Para o posicionamento das armaduras longitudinais de flexão, emprega-se estribos adicionais fixados à viga original de varias maneiras. Esses estribos podem ser calculados para funcionarem também como pinos, absorvendo os esforços de cisalhamento que surgem entre o concreto velho e o novo.
  15. 15. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 14 A Figura 5.2.1 mostra casos nos quais estribos adicionais são soldados aos existentes. Para isso, durante o apicoamento do concreto da viga original, o cobrimento da parte inferior da viga é retirado até que os estribos fiquem expostos num comprimento suficiente para a soldagem. Convém lembrar que, nesses casos, os estribos não podem ser de aço encruado a frio. Os quatro casos - formas de concretagem - mostrados na Figura 5.2.1 são: ( A ) encamisamento parcial - concreto lançado em forma cachimbo; ( B ) encamisamento parcial - concreto projetado (c/ aumento de cobrimento); ( C ) encamisamento total - concreto lançado por aberturas nas lajes; ( D ) encamisamento total - argamassa injetada sobre brita acondicionada nas formas. Figura 5.2.1 - Encamisamento - Estribos Soldados Quando a soldagem dos estribos não é possível, pode ser adotada a solução indicada na Figura 5.2.2, que consiste na ancoragem dos estribos na alma da viga. Nesse caso, os estribos não funcionam como pinos, que se forem necessários terão que ser executados com chumbadores ou barras coladas com resina.
  16. 16. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 15 Figura 5.2.2 - Encamisamento - Estribos Ancorados na Viga Os quatro casos de concretagem indicados na Figura 5.2.1 podem ser adotados também nesse reforço. Solução alternatina é indicada na Figura 5.2.3. O reforço consiste no embutimento de barras longitudinais na alma da viga, através escarificação e fixação com argamassa de resina (mais indicada) ou argamassa polimérica, ambas com ponte de aderência compatível. Para o posicionamento das barras de reforço, é necessário um pequeno corte nos estribos originais, segundo mostra o detalhe da Figura 5.2.3. Figura 5.2.3 - Reforço por Embutimento de Armaduras
  17. 17. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 16 5.3. Reforço ao Cisalhamento O reforço ao cisalhamento é, geralmente, de execução mais difícil do que o reforço à flexão. Na maioria dos casos, ele está associado ao reforço à flexão, sendo, portanto, executado normalmente por encamisamento. A forma mais segura para a sua execução, considerando o funcionamento da treliça de Mörsch - idealizada para o cálculo dos esforços nos estribos e nas bielas de compressão -, é a indicada na Figura 5.3.1. Entretanto, o processo executivo exige a execução de furos na laje para a passagem dos estribos, e de aberturas para o lançamento do concreto. Figura 5.3.1 - Reforço ao Cisalhamento e Flexão - Treliça de Mörsch Completa Experimentos têm mostrado não ser necessário o envolvimento de toda a viga pelo estribo, o que é extremamente interessante do ponto de vista executivo, evitando os difíceis, e às vezes impossíveis, procedimentos pela parte superior das lajes. O acréscimo da armadura de cisalhamento pode, portanto, ser feito pela face inferior da laje, desde que sejam verificadas as tensões de cisalhamento (horizontais) entre a alma da viga e a mesa formada pela laje. Tais tensões devem ser absorvidas, ou pela aderência e atrito, ou pelo efeito de pino dos estribos existentes, e, se esses forem insuficientes, aqueles que forem acrescentados. A Figura 5.3.2 ilustra casos nos quais o cálculo estrutural se baseou nesse raciocínio.
  18. 18. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 17 Figura 5.3.2 - Estribos de Reforço na Alma da Viga Na execução, pode ser utilizado o concreto moldado ou projetado, conforme já mostrado na Figura 5.2.1. Caso seja necessário apenas o reforço ao cisalhamento, podem ser feitos cortes no concreto de cobrimento nas posições onde serão instalados os estribos de reforço. Os sistemas de ancoragem dos estribos são os mesmos indicados nas Figuras 5.3.1 e 5.3.2. A Figura 5.3.3 ilustra o descrito. Figura 5.3.3 - Reforço Apenas ao Cisalhamento 5.4. Reforço à Torção O reforço à torção é normalmente conseguido com o acréscimo de estribos e de barras longitudinais, implicando num encamisamento total da peça reforçada. De forma diferente do cisalhamento, o reforço à torção exige que as armaduras longitudinais sejam ancoradas no pilar. Isso pode ser feito por colagem com adesivos estruturais. (ver Figura 5.1.3 A).
  19. 19. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 18 A Figura 5.4.1 apresenta a solução mais empregada, seja utilizando concreto armado ou projetado. Figura 5.4.1 - Reforço à Torção É importante salientar que ao invés de reforço, pode-se executar artifícios estruturais capazes de reduzir ou anular o momento de torção que exige o reforço. São vários os artifícios estruturais que podem ser executados, variando com o caso estudado. Obviamente, a materialização desses artifícios implica em intervenções, às vezes, semelhantes às de reforço, mas de maior facilidade executiva. A Figura 5.4.2 apresenta exemplo de um desses artifícios estruturais. Figura 5.4.2 - Artifício Estrutural para Eliminar ou Reduzir Esforço de Torção
  20. 20. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 19 6. REFORÇO DE LAJES Nas lajes, são mais comuns os reforços à flexão e à punção. O reforço ao cisalhamento é raro no caso de obras residênciais e comerciais, mas ocorre, não sem freqüencia, em obras industriais. Os procedimentos de execução são análogos aos já descritos para pilares e vigas, seja em reforços em concreto armado ou projetado. 6.1. Cálculo do Reforço Os cálculos podem ser feitos com base nos critérios da NBR-6118. Como nos pilares e vigas, devem ser considerados os estados iniciais de tensão e deformação. Entretanto, no caso das lajes, os efeitos desses estados iniciais são menos significativos, porque a parcela da carga permanente em relação à carga total é normalmente menor do que nos casos de pilares e vigas. Portanto, a retirada das cargas de utilização reduz significativamente as tensões e deformações iniciais. Caso se deseje reduzir ainda mais as tensões e deformações iniciais, pode-se lançar mão de operações de macaqueamento e escoramento, que também são de bem mais fácil execução do que nos casos de vigas e pilares. Atenção especial deve ser dada à aderência entre os concretos original e de reforço, para que seja garantido o funcionamento conjunto. 6.2. Reforço à Flexão O reforço à flexão pode ser obtido pelo acréscimo de armadura na zona de tração ou acréscimo de concreto na zona de compressão. A combinação desses dois acréscimos pode ser utilizado, apesar do maior grau de intervenção. A Figura 6.2.1 mostra o reforço executado pela face inferior da laje, através de concreto projetado.
  21. 21. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 20 Figura 6.2.1 - Reforço pela Face Inferior da Laje O uso de argamassas poliméricas “apertadas” contra o substrato é, também, possível, sendo, nesse caso, conveniente o uso de ponte de aderência compatível com o polímero da argamassa. O reforço para os momentos positivos (que tracionam a face inferior da laje) é conseguido pelo aumento da seção da armadura. Para os momentos negativos (que tracionam a face superior da laje) o reforço acontece pelo acréscimo da seção de concreto da zona comprimida. A necessidade de ancoragem da armadura de reforço nas vigas deve ser verificada (ver item 5.1). Na Figura 6.2.2 é mostrado o caso de reforço pela face superior da laje. Figura 6.2.2 - Reforço pela Face Superior da Laje Nesse caso, o uso do concreto projetado, ou mesmo de argamassas prensadas, não se justifica, sendo indicado o concreto armado. O reforço para os momentos positivos é conseguido pelo acréscimo da seção de concreto da zona comprimida. Para os momentos negativos o reforço é obtido através do aumento da seção da armadura.
  22. 22. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 21 Solução alternativa, para reforço da região de momentos negativos, pode ser obtida através da abertura de sulcos e posterior fixação da armadura com argamassa polimérica ou de resina, mais ponte de aderência - Figura 6.2.3. Figura 6.2.3 - Reforço por Embutimento da Armadura Muito comum, também, é a ocorrência de fissuras nos cantos de lajes, devidas a momentos volventes. Tais fissuras, normalmente, não prejudicam o comportamento da laje, não sendo, portanto, exigido o reforço. Ressalta-se que momentos volventes provocam esforços de tração nas duas faces das lajes. Na face inferior, entretanto, não ocorre fissura, pois as armaduras de combate aos momentos positivos absorvem as tensões de tração do momento volvente. Na face superior, como geralmente não há armadura negativa, o momento volvente provocará fissuras. A Figura 6.2.4 mostra o reforço para momento volvente com concreto armado. Figura 6.2.4 - Reforço para Momento Volvente Solução alternativa, análoga à mostrada na Figura 6.2.3, pode ser adotada.
  23. 23. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 22 6.3. Reforço à Punção O reforço à punção, exigido geralmente em lajes cogumelo, é, na maior parte das vezes, executado através do aumento da área de transmissão de cargas entre pilar e laje. A área necessária é calculada para que as tensões de cisalhamento desenvolvidas possam ser resistidas pelo concreto da laje. A solução, em concreto armado, mais utilizada exige que aberturas sejam feitas na laje, para o lançamento do concreto. Caso tal acesso seja inviável, pode-se adotar solução com injeção de argamassa sobre brita acondicionada na forma. A Figura 6.3.1 ilustra esses dois casos. Aliviar a carga antes do reforço é sempre desejável. Figura 6.3.1 - Reforço à Punção por Redução das Tensões de Cisalhamento Outra forma de reforçar à punção consiste em acrescentar armadura para combater os esforços de cisalhamento. Executa-se furos nos locais de instalação das barras da armadura, que são fixadas ao concreto por adesivos estruturais (barras finas) ou, o que é mais indicado, protendidas por meio do aperto de porcas, com chave de torque - Figura 6.3.2. Figura 6.3.2 - Reforço à Punção por Acréscimo de Armadura de Cisalhamento
  24. 24. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 23 6.4. Reforço ao Cisalhamento A necessidade de reforço de lajes ao cisalhamento é bem menos comum do que o à flexão ou punção. Entretanto, ele é facilmente conseguido com o acréscimo da espessura da laje, como num reforço à flexão (ver Figuras 6.2.1 e 6.2.2). No caso de ser necessário apenas reforçar ao cisalhamento a introdução de armadura específica, por colagem ou protensão, é mais econômica (Figura 6.4.1). Figura 6.4.1 - Reforço ao Cisalhamento por Acréscimo de Armadura Essa solução é igual à ilustrada pela Figura 6.3.2, que corresponde ao reforço à punção. 7. CONSOLOS DE REFORÇO Em muitas intervenções de reforço, a criação de consolos curtos, como estruturas auxiliares na solução pretendida, tem sido recurso de grande valia. O reforço para elevação do nível da pista de rolamento ou troca de aparelhos de apoio de pontes ou viadutos, o reforço e reposicionamento de estruturas com recalques de fundação e o reforço de fundações em estacas são alguns exemplos de casos onde consolos curtos funcionam como estruturas auxiliares. As Figuras 7.1 e 7.2 ilustram os dois primeiros casos citados.
  25. 25. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 24 O caso referente ao reforço de fundações em estacas será visto à frente. Figura 7.1 - Consolos Curtos como Estruturas Auxiliares no Içamento de Tabuleiros de Pontes e Viadutos Figura 7.2 - Consolos Curtos como Estruturas Auxiliares no Reposicionamento de Estrutura com Recalques A Figura 7.3 mostra os detalhes construtivos dos casos das Figuras 27 e 28 Figura 7.3 - Detalhes Construtivos
  26. 26. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 25 8. REFORÇO DE FUNDAÇÕES EM SAPATA Intervenções de reforço são feitas em sapatas, geralmente, em função da necessidade de acréscimo de solicitação ou do mau desempenho. O mau desempenho pode ser da peça estrutural, exigindo reforços à flexão, punção ou cisalhamento, ou da interação entre estrutura e solo, que implica em recalques, e, consequentemente, em reforço, sendo, às vezes, necessário o reposicionamento da estrutura (ver Figura 7.2). Nos casos de mau desempenho da peça estrutural, seja na flexão, punção ou cisalhamento, o reforço é facilmente conseguido através do aumento da seção de concreto - Figura 8.1. Figura 8.1 - Reforço à Flexão, Punção ou Cisalhamento Em qualquer das três situações, a aderência entre os concretos é, como sempre, de vital importância, sendo bastante indicada a adoção de pinos de cisalhamento. No caso de reforço à punção, sugere-se a ligação do concreto de reforço com o pilar, também através de barras que atravessam o pilar. O aumento da área de uma sapata pode ser necessário, para manter os níveis de tensão no solo, quando há acréscimo de carga, ou para reduzir tais níveis, quando eles estão acima do admissível, provocando recalques excessivos.
  27. 27. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 26 Quando exigido, uma boa solução para aumentar a área de uma sapata é prolongar as ferragens de flexão existentes, e aumentar a sua altura, o suficiente para que sejam atendidas as novas solicitações de flexão, punção e cisalhamento - Figura 8.2. O prolongamento das barras pode ser feito quebrando-se as bordas da sapata, até que fique exposto um trecho reto de ferragem de aproximadamente quinze centímetros, para soldagem ou instalação de luvas (tipo CCL). Figura 8.2 - Aumento da Área de Contato de Sapatas Outra forma de se aumentar a capacidade de carga de uma fundação em sapata é transformá-la numa fundação sobre estacas. Para isso, normalmente se emprega estacas perfuradas (estaca raiz, presso ancoragem, e outras), usando o mesmo equipamento para perfurar o concreto da sapata original - Figura 8.3. Figura 8.3 - Reforço de Sapata por Cravação de Estacas No cálculo do futuro bloco de coroamento, deve ser levado em conta que algumas barras da armadura original serão cortadas durante a perfuração da sapata para a execução das estacas.
  28. 28. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 27 A necessidade de uso de adesivo estrutural que garanta a ligação entre o concreto das estacas e o da sapata pode dificultar a execução do reforço, sendo o seu ponto mais vulnerável. Por isso, é comum a solução alternativa indicada na Figura 8.4, que consiste em executar uma nova fundação em estacas sobre a sapata original. Figura 8.4 - Bloco Estaqueado Sobre Sapata Existente Quando o acréscimo é, sòmente, de carga normal, solução pouco convencional consiste na cravação de estacas, cuja função será absorver o acréscimo de carga normal. Nessa solução são utilizados consolos auxiliares - Figura 8.5. Um estudo cuidadoso deverá ser feito, no intuito de definir o comprimento das estacas. O recalque das estacas deverá ser pequeno o suficiente para que não haja transmissão de carga para a sapata. Figura 8.5 - Solução Alternativa para Acréscimo de Carga Normal em Sapatas
  29. 29. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 28 9. REFORÇO DE FUNDAÇÕES EM ESTACAS Como as sapatas, as fundações em estacas são reforçadas em função de acréscimos de solicitação ou do seu mau desempenho. O mau desempenho pode ser devido à baixa capacidade resistente do conjunto de estacas ou por deficiências do bloco de coroamento. A solução executiva, nos dois casos, é, entretanto, a mesma, diferençando apenas pelo fato de num haver acréscimo de estacas e no outro não. Quando se trata de blocos de pequenas dimensões, o reforço é feito de forma a envolver todo o bloco original (encamisamento). As Figuras 9.1 e 9.2 ilustram o reforço de blocos de pequenas dimensões sem e com acréscimo de estacas, respectivamente. Figura 9.1 - Reforço de Blocos por Encamisamento - Sem Novas Estacas Figura 9.2 - Reforço de Blocos por Encamisamento - Com Novas Estacas
  30. 30. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 29 Em blocos de grandes dimensões, o reforço, com ou sem acréscimo de estacas, é, geralmente, feito pelo acréscimo da seção de concreto nas faces superior e laterais. No primeiro caso (acréscimo de estacas) é executado, também, o prolongamento da armadura inferior, através soldagem ou do uso de luvas especiais - Figura 9.3. Figura 9.3 - Reforço de Blocos de Grandes Dimensões
  31. 31. Patologia e Terapia das Estruturas Reforço com Concreto Prof. Élvio Mosci Piancastelli 30 10. BIBLIOGRAFIA [1] Piancastelli, E.M. - Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto Armado - Ed. Depto. Estruturas da EEUFMG - 1997 - 160p. * * * * * * Élvio Mosci Piancastelli. Professor Adjunto do Depto. de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia da UFMG. Engenheiro Consultor pela Fundação Christiano Ottoni e FUNDEP. Correio Eletrônico: elvio@dees.ufmg.br Telefones: 31-9907-4140 (cel.) - 031-3238-1998 (com.)

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