1

Ligações nas Estruturas Pré-Fabricadas

Para além do facto de, nas estruturas de betão com pré-fabricação, se terem

elementos estruturais não executados na sua posição final, a especificidade

da pormenorização e execução das LIGALIGAÇÇÕESÕES é a principal característica

que distingue estas estruturas das totalmente executadas”in situ”.

É portanto natural que um importante esforço de ““engenhoengenho”” e e investigainvestigaççãoão

sejam dispendidos para encontrar as soluções mais eficientes tendo em

consideração: a economia, a simplificação do processo construtivo e as

características de comportamento das ligações quando em serviço e

submetidas a condições de cargas extremas.

2

Definição da Ligação

Em geral, distinguem-se as denominações:

− Ligação (connection)

− Juntas de interface (joints).

A ligaligaççãoão diz respeito ao conjunto dos

elementos e sua pormenorização que

permitem globalmente assegurar a

transmissão de tensões entre dois ou mais

elementos estruturais.

A junta de interfacejunta de interface, por sua vez, diz respeito a uma superfície de ligação

directamente entre betões de idades diferentes (igual ou semelhante à junta de

construção na betonagem “in situ”) ou com outros materiais de ligação

(grouts, resinas epoxídicas, neoprene, etc.) entre eles.

A ligação é mais geral e pode incluir várias juntas de interfaces.

3

Tipo de Ligações entre Elementos

Existem no essencial três níveis de ligação entre elementos estruturais:

► Ligações SimplesLigações Simples, , portanto com liberdade de rotação

Nestes casos, na obra, a ligação é executada, com apoios simples (com ou sem neoprene) utilização de pernoscom grouts de ligação e/ou ligações aparafusadas.

► Ligações com ContinuidadeLigações com Continuidade

Nestas situações há que realizar, em geral, betonagens localizadas “in situ”, adopção de sistemas especiais de ligação, injecção de caldas ou execução de soldaduras.

► Ligações Ligações SemiSemi--RígidasRígidas

São ligações em que se assume uma continuidade estrutural limitada.

4

Soluções Tipo de Ligações entre Vigas em Apoios Intermédios de Passagens Superiores e/ou Viadutos

► Pouco eficiente estruturalmente

► Maior risco de degradação com o tempo

► Risco grande de fendilhação da laje sobre a junta

► Má transmissão de cargas axiais devido às forças de massas sísmicas

► Maior eficiência estrutural

► Melhor transmissão de forças tabuleiro/pilar

5

Situação em Portugal – Pontes e Viadutos

Nas Pontes e ViadutosPontes e Viadutos a utilização da pré-fabricação para obras com alguma

repetitividade tem sido muito grande nos últimos anos, em particular com a

construção de auto-estradas em sistema de concepção/construção, tipo SCUT.

Desde logo se apontou para a utilização de soluções de ligação que

assegurassem continuidade estrutural pois:

• São mais eficientes estruturalmente no controlo da deformação e, por

conseguinte, permitem adoptar soluções mais esbeltas (elegantes)

• Permitem uma muito mais eficaz e fiável transmissão de forças entre

elementos e capacidade de absorção de energia, aspectos

particularmente significativos para o comportamento à acção sísmica

• Diminuem as juntas estruturais que podem ser, por infiltração de água,

fonte de degradação da zona da ligação e dos aparelhos de apoio.

6

Passagem Superior com o Tabuleiro com Vigas Pré-Fabricadas apoiadas em Paredes de Betão Armado

7

Pormenor da Execução e da Ligação Parede/Tabuleiro

8

Execução das Ligações

• Com apoios provisórios exteriores à estruturas

LAJEVIGA

PILAR

APOIOS PROVISÓRIOS

ESCORAMENTO DA VIGA

9

Execução das Ligações

• Utilizando os apoios definitivos ou provisórios colocados na própria estrutura

10

Corte longitudinal Corte transversal

Pormenor de Ligações das Vigas sobre os Pilares

Ligação com continuidade viga/pilar

Ligação com junta pré-esforçada e apoio fixo ou móvel sobre o pilar

11

Solução mais Tradicional com Vigas Pré-Esforçadas por Pós-Tensão

12

Viaduto Ferroviário com Continuidade

Vigas pré-fabricadas em

Continuidade sobre os apoios com pré-esforço:

cabos rectos na laje

cabos curvos no cepto central

13

Pormenor da Ligação sobre os Pilares

Geometria da viga junto aos pilares:

• Abertura para ligação por, betão “in situ”, do aparelho de apoio ao diafragma transversal

• Extensões da alma para apoio provisório das vigas nos capiteis dos pilares e para execução de uma junta de interface com grout cimentício ao longo das almas.

Disposição das armaduras do diafragma com empalmes às armaduras de espera das vigas pré-fabricadas

14

Viaduto com Vigas Pré-Fabricadas sem Betonagem sobre os apoios

33

181823 181854 23

Corte longitudinal da viga pré-fabricada

VA

RIÁ

VEL

80

12

1280

Lt. no eixo= 1548

75 101

33

JUNTA

TROÇO EM CURVA

JUNTA

TROÇO RECTO

PLANTA NA LIGAÇÃO

90° 90°

Amaciçamento sobre o apoio incluído na viga pré-fabricada

Ligação longitudinal das vigas pré-fabricadas com barras de pré-esforço após colocação de grout entre as vigas

Ligação das vigas aos aparelhos de apoio através de enchimento com grout de bainhas verticais encaixadas nos pernos dos aparelhos de apoio

15

Cobertura de uma Ribeira no Centro do Funchal

Solução com vigas pré-fabricadas com um apoio simples no muro de

alvenaria e uma boa ligação transversal entre vigas sobre o muro.

Laje entre vigas realizada com recurso a pré-lajes pré-fabricadas com

camada de betão superior assegurando-se, portanto, continuidade estrutural.

16

Cobertura de uma Ribeira no Centro do Funchal

Vigas Pré-fabricadas no estaleiro da obra com pós-esforço, 0.30m de largura e espessamento nas extremidades

Laje do tabuleiro com pré-lajes e ligação continua da viga pré-fabricada com a laje do tabuleiro

17

Pormenorização da ligação das vigas ao muro da Ribeira

NOTAS:NOTAS:

• Sem necessidade de ferrolho de ligação à parede

• Sem necessidade de furar as vigas pré-fabricadas para passagem de armadura inferior e da alma da carlinga

18

Viaduto SATUOeiras – Construído com Pré-Fabricação

19

Soluções Pré-Fabricadas para o Viaduto do SATUOeiras

• Carris normais.• Sistema de tracção por cabos.• Roldanas de guiamento dos cabos.

Veículo na fase de testes

Detalhes do Sistema Mecânico

20

Soluções Pré-Fabricadas no Viaduto do SATUOeiras

21

Continuidade com betão armado das vigas pré-fabricadas

Ligação de Vigas Pré-Fabricada num Viaduto do SATUOeiras

Junta de interface exterior ao apoio dos pilares

22

Solução da Pré-Fabricação nas Zonas Curvas

Column Column

23

Solução da Pré-Fabricação nas Zonas Curvas

GROUTPLAN VIEW

POST-TENSION CABLES

Geometria, Dimensionamento e Execução Geometria, Dimensionamento e Execução da Ligaçãoda Ligação

24

Solução prevista na fase seguinte da Obra

Viga pré-fabricada com forma exterior esteticamente melhorada

Pré-esforço de continuidade sobre os apoios

Solução tipo:Solução tipo:

Solução especial sobre Solução especial sobre AutoAuto--Estrada:Estrada:Manutenção da solução tipo com junta de betonagem a aproximadamente 1/5 do vão

25

Pormenor do apoio sobre os pilares da Auto-Estrada

26

Pré-Fabricação em Edifícios em Portugal

Nos EdifíciosEdifícios a pré-fabricação em Portugal tem estado bastante limitada, parecendo que é chegado o momento para um maior incremento da sua utilização.

Até ao presente tem-se assistido à utilização de pré-fabricação de betão estrutural em Pavilhões IndustriaisPavilhões Industriais em quantidade significativa. No entanto, por vezes recorrendo a soluções com pouca inovação.

Também em Edifícios de Zonas ComerciaisEdifícios de Zonas Comerciais grandes ou/e Parques de Parques de EstacionamentoEstacionamento têm havido casos em que soluções com pré-fabricação têm sido utilizadas.

Em Edifícios de Habitação ou de EscritóriosEdifícios de Habitação ou de Escritórios, para além dos casos tradicionais dos pisos com vigotas (mais adoptados no Norte do País) o recurso à pré-fabricação tem sido escassa.

A divulgação de sistemas alternativos de ligações, a consciencialização das vantagens construtivas por parte de técnicos e empresas de construção e um maior acento no ensino dessas soluções, deverá dar uma contribuição significativa para esse incremento.

27

Ligação Vigas/Pilar Simples e com Continuidade num Edifício Industrial

28

Sistema Ortogonal de Vigas Pré-Fabricadas de uma Cobertura

Caso de uma apoio central

29

Soluções de Ligações Piso/Elementos Verticais com Continuidade para Edifícios

Viga/Pilar Laje/Parede

PAREDE PRÉ-FABRICADAAPOIOS PROVISÓRIOS

PRÉ-LAJE

PAREDE BETONADA "IN-SITU"

ELEMENTOS METÁLICOSDE APOIO PROVISÓRIO

30

Projecto de Investigação sobre o Comportamento Sísmico de Ligações Aparafusadas com Continuidade

armadura inferior com continuidade

emendas mecânicas

emendas mecânicas

armadura superior com continuidade

armadura inferior sem continuidade

bainha para injectar com calda

31

Projecto de Investigação sobre o Comportamento Sísmico de Ligações Aparafusadas com Continuidade

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

δ/δy

F (k

N)

Diagrama F – δ/δyHistorial de carregamento

0

169

-106

167

-103

166

-102

106

-62

224

-109

219

-100

216

-104

85

-19

232

-108

226

-106

222

-103

81

-3

233

-107

226

-103

221

-101

100

-1

230

-93

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35

Ciclo

F pic

o (kN

)

µd = (q+1)2/4 µd = 3 ⇒ q = 2,5Coeficiente de comportamento

Rotura pelo varão

32

Soluções de Ligações Pilar/Fundação com Armaduras Encaixadas em Bainhas com Grout

SELAGEM COM GROUT

VARÕES DE ESPERADA SAPATA

SELAGEM COM GROUTORIFICIO PARA

BAINHA ENVOLVIDA COMCINTA HELICOIDAL E

VARÃO DE ESPERADA SAPATA

ARMADURA DO PILAR

FERRO DE ESPERA

SELAGEM COM GROUT

VARÕES DE ESPERADO PILAR

BAINHA ENVOLVIDA COMCINTA HELICOIDAL E FERRO DE ESPERA

N

N

M

Encaixe no pilar

Encaixe na sapata

33

i=2.5% i=2.5%

Solução Proposta com Pré-Fabricação do Pórtico

34

Soluções de Ligações Pilar/Fundação com Cavidade de Encaixe para o Pilar

Modelo de cálculo

Casos Práticos

35

syfs

ccfsyfbduDσ

εε −⋅⋅⋅⋅

⋅−⋅+⋅= 12329135.1

com

syfccf

bde

⋅=ε

Efeito do Mecanismo de Ferrolho

Este efeito não é referido no Eurocódigo 2, e só pode ser considerado para a parcela da armadura não mobilizada por outra solicitação

σs – tensão devido a outro efeito(tracção, flexão, interbloqueamento de inertes, …)

Analogia com a resistência de uma estaca

36

A - betão novo, B - betão antigo, C - amarração

A NEd

VEd

VEd≤ 30h ≤ 10 d1

h ≤ 10 d2

d 5 mm

α

45 ≤ α ≤ 90

B C

C

A - betão novo, B - betão antigo, C - amarração

Base para a expressão regulamentar:

vRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sin α + cos α) ≤ 0,5 ν fcd

c – 0.25 a 0.50µ – 0.50 a 0.90α - inclinação dos ferros em relação à junta

Superfície identada

c = 0.50 µ = 0.90

Mecânismo de Interbloqueamento de Inertes

37

vEdi ≤ vRdi

vEdi é o valor de cálculo da tensão tangencial na junta dada por:

vEdi = β VEd / (z bi)

em que:

β relação entre o esforço longitudinal na secção de betão novo e o esforço longitudinal total na zona de compressão ou na zona de tracção, ambos calculados na secção considerada

VEd esforço transverso

z braço do binário da secção composta

bi largura da junta

Esforço Longitudinal nas Juntas de Betonagem (§6.2.5 do EC2)

b i

b i

38

vRd valor de cálculo da tensão tangencial resistente na junta dada por:vRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sin α + cos α) ≤ 0,5 ν fcd

em que: c e µ são coeficientes que dependem da rugosidade da juntafctd é a resistência de dimensionamento do betão à tracçãoσn tensão devida ao esforço normal exterior mínimo na junta, que pode

actuar simultaneamente com o esforço transverso, positivo se de compressão, com σn < 0,6 fcd, e negativo se de tracção. Quando σn é de tracção, c fctd deve ser considerado igual a 0.

ρ = As / Ai

Esforço Longitudinal nas Juntas de Betonagem (§6.2.5 do EC2) (continuação)

As área da secção de armaduras que atravessa a junta incluindo a das armaduras de esforço transverso (caso existam), com amarração adequada de ambos os lados da junta.

Ai área da juntaα deve ser limitado de modo que 45° ≤ α ≤ 90°

ν é um coeficiente de redução da resistência

39

v Ediρ f (µ sin α + cos α)yd

c f + µ σctd n

vRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sin α + cos α) ≤ 0,5 ν fcd

Expressão Regulamentar na Interface da Verificação ao Corte na Ligação Betão/Betão

As armaduras 1 e 2 contribuem para a resistência ao corte

Expressão geral:

Sem compressão axial e com armadura perpendicular à superfície: vRdi = c fctd + µ ρ fyd ≤ 0,5 ν fcd

INTERFACE LONGITUDINAL VIGA/LAJE

INTERFACE TRANSVERSAL DA ALMA DA SECÇÃO

FLEXÃOA

COMPRESSÃO

ALMAA

A

V M

JUNTA BETÃO/BETÃO

V

40

Projecto de Investigação sobre o Comportamento de Juntas de Interface de Betões com Idades Diferentes

41

Pormenorização Tipo dos Ensaios Laboratoriais

42

Ensaio de Viga com Déficit de Armadura Transversal

0 2 4 6 8 100

100

200

300

400

500

Deslocamentos (mm)

Forç

a C

1 (k

N)

Junta BJunta A

0.25

24º0.25

■D1 (V1P)■D1 (V1REF)

43

Ensaio de Viga com Armadura Transversal Excedentária

0 10 20 30 40 50 60 700

100

200

300

400

500

600

700

800

Forç

a C

1 (k

N)

■D1 (V2P)■D1 (V2REF)

0 1 2 3 4 50

100

200

300

400

500

600

700

800

Forç

a C

1 (k

N)

■L8 (V2P)■L8 (V2REF)

…εy

33º

Junta B

33º

44

Ensaio de Viga com Armadura Transversal Excedentária

0.25

s

f1

f2

17º

45

Ensaios da Continuação do Projecto de Investigação

50 100 50 100 50 50

1422

14

19 12 19

5050

191219

1422

14

508580708035

85 80 70 80 35

45°

Variação das características das juntas de ligação:

• Junta betão/betão simples ou com tratamento especial de superfície

• Variação da quantidade da armadura longitudinal

• Variação da inclinação das juntas

46

Pré-Fabricação de Elementos Repetitivos numa Obra Betonada “in situ”

Viaduto da Padre Cruz (Lisboa)

Devido à repetitividade e especificidade da geometria da treliça, esta foi pré-

fabricada com ligação de continuidade às paredes da secção transversal.

47

Pré-Fabricação de Elementos Repetitivos numa Obra Betonada “in situ”

Viaduto da Padre Cruz (Lisboa)

Processo de posicionamento dos elementos pré-fabricados

48

Pré-Fabricação ao Serviço da Engenharia e da Estética

49

Conclusões

A prpréé--fabricafabricaççãoão no contexto do betão estrutural deve ser entendida num

sentido muito lato

SoluSoluçções de ligaões de ligaççãoão para zonas com pouco risco sísmico ou com maior

sismicidade são possíveis com eficiência.

Com uma boa articulação projectista/empresa de pré-fabricação/empreiteiro

geral são realizáveis soluções engenhosas e com valor estético,

construtivamente económicas e eficientes do ponto de vista do

comportamento estrutural.