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REABILITAÇÃO E REFORÇO
DE ESTRUTURAS
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
António CostaInstituto Superior Técnico
DE ESTRUTURAS
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
- Comportamento estrutural
● deficiente capacidade resistente
OBJECTIVO DAS INTERVENÇÕES DE REABILITAÇÃO
� Eliminar / corrigir anomalias existentes nas estrut uras
� Melhorar o desempenho das estruturas
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
● deficiente capacidade resistente
● funcionamento inadequado
● deformações elevadas
● fendilhação excessiva
- Deterioração dos materiais
● betão
● aço
⇒⇒⇒⇒ Reforço
⇒⇒⇒⇒ Reparação
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
- Comportamento estrutural
● deficiente capacidade resistente
Cargas verticais Acções horizontais
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
● funcionamento inadequado
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
● deformações elevadas
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
● fendilhação excessiva
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
- Deterioração dos materiais
Ataque químico do betão
- Reacções expansivas
álcalis-agregados reactivos
sulfatos
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
sulfatos
- Acção da água do mar
Corrosão das armaduras
-Carbonatação
-Cloretos
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
Ataque químico do betão
Reacções álcalis-sílica
Exemplo: Viaduto Duarte Pacheco
Arco Pilares
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
Acção da água do mar
Exemplo: Pontes Cais
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
Corrosão das armaduras
- Carbonatação
Corrosão uniforme - processo lento – dezenas de anos
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado
Corrosão das armaduras
- Cloretos
Corrosão localizada - processo rápido – alguns anos
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO
� Enquadramento
� Avaliação do comportamento dasestruturas
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
� Concepção e dimensionamento
do reforço
� Tipos de reforço estrutural
EnquadramentoA intervenção numa estrutura existente com o object ivo de melhorar ou corrigir o seu
comportamento estrutural está geralmente associada às seguintes situações:
−−−− Alteração das acções actuantesEx: −−−− Aumento das acções actuantes devido a uma nova util ização
−−−− Adequação do nível de segurança da estrutura para a s acções especificadas
na nova regulamentação (p.e. sobrecargas rodoviária s e ferroviárias)
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
−−−− Alteração geometria da estrutura ou modificação do sistema estrutural
Ex: necessidade de eliminar elementos estruturais
−−−− Correcção de anomalias associadas a deficiências de projecto deexecução ou de exploração
Ex: −−−− Deficiente capacidade resistente para as acções pre vistas
−−−− Deficiente comportamento em serviço (fendilhação, deformação, vibração,...)
−−−− Danos causados por uma utilização não prevista da e strutura.
−−−− Aumento do nível de segurançaEx: - melhorar o comportamento estrutural para a acção sí smica de obras
Enquadramento
Principais dificuldades
−−−− Informação relativa ao projecto, execução e explora ção das obras difícil de obter e, frequentemente, inexistente.
−−−− Com excepção de alguns tipos de intervenção, verifi ca-se uma ausência genérica de regulamentação sobre reforço de estruturas.
−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de form a integrada o projecto e
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de form a integrada o projecto e execução do reforço nas suas diversas componentes: metodologias de intervenção,
dimensionamento, procedimentos de execução, especif icação e controlo de qualidade.
−−−− Dificuldades relativas à análise estrutural e avali ação da segurança das obras a reforçar e ao dimensionamento do próprio reforço.
−−−− Em obras de reforço cada caso constitui uma situaçã o particular com as suas próprias especificidades, sendo difícil encontrar n a literatura situações semelhantes.
Enquadramento Geral de uma Intervenção de Reforço
� Avaliação da situação
Inspecção – Registo e análise das anomalias
Avaliação do comportamento estrutural
Diagnóstico – Causas e explicações das anomalias
Definição dos objectivos a atingir com a intervençã o
� Selecção do Tipo de IntervençãoDemolição Total ou Parcial
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Limitar o Uso
Substituir ou Introduzir Novos Elementos
Reparar os Elementos Danificados
Reforçar os Elementos Existentes
� Projecto e Execução do Reforço
Concepção e Dimensionamento do Reforço
Definição das Especificações Técnicas
Controlo de Qualidade
Avaliação da situação
1 −−−− Recolha de informação
Elementos do projecto
Desenhos
Cálculos
Especificações técnicas
Controlo de qualidade
Livro de registo de obra
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Elementos de Obra
Exploração da Obra
Livro de registo de obra
Alterações ao projecto
Planos de betonagem
….
Acções actuantes
Manutenção e reparação
….
Avaliação da situação
2 −−−− Inspecção Visual
Exame visual da superfície do betão
qualidade do betãodefeitos de execuçãofendilhação deformaçãodeterioração
erros de concepção e execução
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Percepção do funcionamento estrutural
Registo de danos
deficiente utilização
tipos de apoios existentes
….
danos estruturais
deterioração do betão
corrosão das armaduras
….
Principais aspectos a analisar:
Avaliação da situação
3 −−−− Inspecção detalhada
Dependendo do tipo e extensão das anomalias observa das pode ser necessário
efectuar uma inspecção visual mais minuciosa e real izar diversos tipos de
ensaios.
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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
Avaliação da situação
4 −−−− Avaliação da segurança da estrutura
Definição do modelo de comportamento estrutural
−−−− Verificação aos estados limites últimos
−−−− Verificação aos estados limites de utilização
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Analisar duas situações:
−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as exigências para as quais
foi projectada
−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as novas exigê ncias de exploração
Avaliação do Comportamento Estrutural
� Regulamentação no domínio das acções
1897 – Regulamento para projecto, provas e vigilânci a das pontes metálicas
1929 – Dec. 16781
Regulamento das pontes metálicas
REGULAMENTAÇÃO ANTIGA
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(diversas alterações até 1958)
1958 – Dec. 41658
Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos
1961 – Dec. 44041
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes
1983 – Dec. 235/83
Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas d e Edifícios e Pontes
Avaliação do Comportamento Estrutural
1935 - Regulamento do Betão Armado (RBA)
Casas de habitação 200 kg/m 2
Escritórios 300 kg/m 2
Edifícios públicos 400 kg/m 2
Salas de espectáculo,.. 500 kg/m 2
Garagens públicas 600 kg/m 2
SOBRECARGAS EM EDIFICIOS
1983 - Regulamento de Segurança e Acções (RSA)
Casas de habitação 150 - 200 kg/m 2
Escritórios 300 kg/m 2
Edifícios públicos 300 / 400 kg/m 2
Salas de espectáculo,.. 500 / 600 kg/m 2
Garagens públicas 500 kg/m 2
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
1961 - Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes (RSEP)
Casas de habitação 200 kg/m 2
Escritórios 300 kg/m 2
Edifícios públicos 300 / 400 kg/m 2
Salas de espectáculo,.. 500 / 600 kg/m 2
Garagens públicas 600 kg/m 2
Conclusão:
Não existem alterações significativas no que se refere às sobrecargas para dimensionamento de edifícios
Regulamento Sobrecarga Rodoviária
Regulamento das Pontes Metálicas 1897
Sobrecarga uniforme 400 kg/m 2 (l > 30m)Para l < 30 m: sobrecarga mais elevada numa faixa com 2.5 m
Veículos de 12 ton com 4 rodas
Regulamento das Pontes Metálicas 1929
(alterado em 1958)
Sobrecarga uniforme variável com o vão≥ 500 kg/m 2 x coef. dinâmico400 kg/m 2 no passeio
SOBRECARGAS EM PONTES
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
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/m 2
Carga de faca 5 ton/m
Veículos de 60/45/30 ton para as classes A, B e C (coef. dinâmico 1.2)
RSA 1983 Sobrecarga uniforme 4 kN/m 2
Carga de faca 50 kN/m
Veículos de 600/300 kN para as classes I e II
ACÇÃO SÍSMICA
Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos - 1958
Acção sísmica tratada como força estática equivalen te
Fh = c W
c – coeficiente sísmico
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
ACÇÃO SÍSMICA
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes - 1 961
Acção sísmica tratada como força estática equivalen te
Fh = c W
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
ACÇÃO SÍSMICA
Regulamento de Segurança e Acções - 1983
Determinação dos efeitos da acção sísmica- Métodos de análise dinâmica- Forças estáticas equivalentes
� Zonamento sísmico mais detalhado
� Natureza do terreno – 3 tipos
� Introdução dos coeficientes de comportamento
C
D
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
A
B
Coeficientes sísmicos
Ex. Zona A, terreno II, η=2.5
f[Hz]
β
0.5 0.06
1.0 0.08
1.5 0.10
2.0 0.11
Avaliação do Comportamento Estrutural
� Regulamentação no domínio das estruturas de betão a rmado
1918 – Dec. 4036 de 28/3/1918
Regulamento para o emprego do beton armado
1935 – Dec. 25948 de 16/10/1935
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Regulamento do Betão Armado (RBA)
1967 – Dec. 47723 de 25/5/1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado (REBA)
1983 – Dec. 349-c/83 de 30/7/1983
Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esf orçado (REBAP)
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”
Obrigatoriedade de aprovação do projecto pelas repartições técnicas do estado ou dos corpos administrativos.
Os projectos devem compreender: Memória descritiva, cálculos justificativos, desenhos cotados, indicar a qualidade dos materiais e a dosagem do beton.
Betão — dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Betão — dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra
resistência mínima: 120 kg/cm2 aos 28 dias, 180 kg/cm2 aos 90 dias
Aço – resistência mínima à rotura 3800 a 4600 kg/cm2
limite de elasticidade 50% da resistência à rotura (1900 a 2300 kg/cm2)
Princípios básicos do betão armado
Critérios de segurança — Tensões limites: betão – 40 kg/cm2; aço – 1100 kg/cm2 (1400 nos aços melhores)
Execução de trabalhos — …
Recobrimentos - 20 mm (vigas e pilares em geral)
- 40 mm (protecção contra o fogo e o ataque da água do mar)
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, …)
Betão — dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra
resistência mínima: 180 kg/cm2 aos 28 dias
Materiais
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Bases de Cálculo
� Acções em edifícios (cargas)
� Cálculos de Resistência - Tensões admissíveis (limites de fadiga)
Betão: 40 a 50 kg/cm2 (edifícios) ; 30 a 60 kg/cm2 (pontes) dependendo da resistência do cimento e do tipo de elemento estrutural
Aços: 1200 kg/cm2 (até1500 kg/cm2 nos aços de maior resistência)
� Modelação: análise linear
� Lajes - indicações pormenorizadas
resistência mínima: 180 kg/cm2 aos 28 dias
Aço – resistência mínima à rotura 3700 kg/cm2
limite de elasticidade 60% da resistência à rotura (2220 kg/cm2)
RBA - 1935
Varões lisos
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado
REBA
Dec. 47723 de 20/5/1967
— Nova concepção da verificação da segurança em relação a estados “de ruína”
— Conceitos de valores característicos, valores de cálculodas propriedades mecânicasdos materiais, solicitações de cálculo, resistências de cálculo
— Aços – novos aços, introdução das classes de resistência e dos varões de alta aderência
A24/A40/A50/A60 Liso/Nervurado
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
— Betão – introdução das classes de resistência
B180 … B400
— Bases de Cálculo
-Cálculo da Resistência - Estados de Rotura
- - Diagramas tensões-extensões não lineares para o betão
- - Extensão limite de 10‰ para as armaduras
-- Modelação - Conceitos de análise não linear, redistribuição de esforços, cálculo plástico
- Evolução nos modelos de comportamento do betão armado
- Recobrimentos - baixos
1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado
REBA
ACÇÕES (RSEP)
Solicitações permanentes – peso dos elementos, revestimentos, equipamentos fixos
Solicitações acidentais habituais – sobrecargas, vento habitual, neve, temperatura, retracção, fluência,..
Solicitações acidentais excepcionais – vento excepcional (ciclónico), sismos
COMBINAÇÃO DE ACÇÕES
Combinações tipo I – solicitações permanentes e acidentais habituais
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Combinações tipo I – solicitações permanentes e acidentais habituais
Combinações tipo II – solicitações permanentes e acidentais excepcionais
COEFICIENTES DE MAJORAÇÃO DAS SOLICITAÇÕES
Combinações tipo I –γS = 1.5
Combinações tipo II – γS = 1.0
COEFICIENTES DE MINORAÇÃO DOS MATERIAIS
Betão –γm = 1.5
Aço – γm = 1.15
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
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
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
— 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)
ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935)
E REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935)
E REBAP (1983)
ESFORÇO TRANSVERSO
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
ELEMENTOS COM ARMADURAS TRANSVERSAIS
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967)
E REBAP (1983)
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Vcd = τ0 bd
τ0 = 1.5MPa
Vcd = 0.6 τ1 (1.6 – d) bd
τ1 = 0.75MPa
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
REBA
REBAP
V - LAJES
B 300τ =V
Vτ1,bd
0.6
0.6
0.96
2.0
d [m]
bd
ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967)
E REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
FLEXÃO COMPOSTA
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
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
Betão Armado
B180/225/300/350/400
fck (Kgf/cm2)
A24/A40/A50/A60
fsk Kgf/mm2
(Liso/Nervurado)
4cm ≥ C ≥ ∅
1.0
2.0 – ñ.protegid
Estados Limites
+ RSEP (Tipo I/II)
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Betão Armado
Dec. 47723 de 20/5
+ RBLH (Dec. 404/71 de 23/6)
Betões Tipo B/BD
(Liso/Nervurado)
+ Doc Homol – LNEC
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
MODELOS DE ANÁLISE
E.L. Utilização� Modelo elástico linear com K
ajustado
E.L. Últimos
ELÁSTICO LINEAR S
Avaliação do Comportamento Estrutural
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
E.L. Últimos� 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
MODELOS DE ANÁLISE
ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOS
Exemplos:
E2
E1
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
1
MODELOS DE ANÁLISE
ANÁLISE PLÁSTICA – Carga última de uma viga
Exemplos:
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
ANÁLISE PLÁSTICA
Carga última de uma laje
Exemplos:
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Consideração do efeito do nível de danos na avaliaç ão da segurança
[CEB-Bul. 162]
•••• Método simplificado
Em função do tipo e nível de danos da estrutura são estabelecidos coeficientes
empíricos para redução da resistência e rigidez:
Coeficientes r R e rk
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
rR = Rres
Ri rk =
Kres
K i
Rres – resistência residual
Ri – resistência inicial
Kres – rigidez residual
K i – rigidez inicial
rR = R res / R i
Construção Nível A Nível B Nível C Nível D
Nova 0.95 0.75 0.45 0.15
Antiga 0.80 0.60 0.30 0
rK = K res / K i = 80% rR
Danos provocados
por sismos
Dan
os li
geiro
s
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Dan
os li
geiro
sD
anos
sev
eros
Níveis de danos nos pilares
•••• Nível A – fissuras de flexão isoladas com larguras inferiores a 1 – 2 mm, desde que um cálculo simples demonstre que estas fissuras não sã o devidas a deficiência da armadura para as acções de dimensionamento, mas sim devidas a efeitos localizados (juntas de construção, restrições devidas a paredes divisórias , choques ligeiros, acções térmicas iniciais, retracções, etc.).
•••• Nível B – várias fissuras de flexão largas, ou fissuras de co rte diagonais isoladas com larguras inferiores a cerca de 0.5 mm, não existind o deslocamentos residuais.
•••• Nível C – fissuras de corte bi-diagonais e/ou esmagamento loc alizados no betão devidos a corte e compressão, não existindo deslocamentos res iduais apreciáveis; ocorrência de fendilhação em nós de ligação viga/pilar.
Danos provocados por sismos
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
fendilhação em nós de ligação viga/pilar.
•••• Nível D – rotura do núcleo de betão do elemento, encurvadura dos varões (o elemento perdeu a continuidade mas não colapsou), existindo apenas pequenos deslocamentos residuais (verticais e horizontais); ocorrência de danos severos em nós de ligação pilar/viga.
•••• Nível E – colapso parcial de um ou mais elementos verticais.
Nota: se as condições relativas aos deslocamentos residuais não forem cumpridas num dado
nível de dano, este é aumentado para o nível seguin te.
rK = K res / K i = 80% rR
Danos provocados por incêndios
Dan
os li
geiro
s
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
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Dan
os li
geiro
sD
anos
sev
eros
Níveis de danos nos pilares
Danos provocados por incêndio
•••• Nível A – sem danos, excepto algum descasque mínimo do acabam ento e/ou do betão.
•••• Nível B – acabamento bastante afectado, algum descasque do be tão; microfissuração generalizada da superfície do betão e eventual cor rosada, o que dependerá dos agregados.
•••• Nível C – arranque generalizado do acabamento, descasque sign ificativo do betão e eventual cor cinzento avermelhado/esbranquiçado; os varões ainda estão aderentes ao betão, sem que mais que um varão no caso de pilares ou até 10% da armadura principal no caso de vigas e lajes, tenha encurvado.
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no caso de vigas e lajes, tenha encurvado.
•••• Nível D – danos severos, descasque generalizado do betão deix ando à vista praticamente toda a armadura; o betão possui uma co r amarelo acastanhado; mais do que um varão no caso de pilares ou até 50% da armadura principal no caso de vigas e lajes encurvou, podendo existir distorção dos pilares; ev entuais fissuras de corte com poucos mm de largura dos pilares; eventuais fissuras de fl exão/corte com vários mm de largura nas vigas e lajes e possíveis flechas apreciáveis.
•••• Nível E – colapso parcial de elementos verticais.
Danos provocados por corrosão de armaduras
•••• Nível A – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudina l, perda de secção de armadura ≤≤≤≤ 1%.
•••• Nível B – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudina l e transversal, algum descasque do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 5%.
•••• Nível C – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque significativo do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 10%.
•••• Nível D – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas zonas deixando a armadura à vista, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 25%, eventuais deslocamentos residuais.
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deslocamentos residuais.
•••• Nível E – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas zonas deixando a armadura à vista, encurvadura da a rmadura em pilares, rotura de algumas cintas e estribos, deslocamentos residuais nítidos.
rR = Rres/Ri Idade do Betão
Nível A Nível B Nível C Nível D
Novo 0.95 0.80 0.60 0.35
Velho 0.85 0.70 0.50 0.25
rk = Kres/K i = 80% rr
Classificação dos elementos estruturais
[CEB – GTG21]
Coeficiente de capacidade: φφφφ = R '
d
S 'd
R'd
S 'd
– Esforço residual resistente
– Esforço actuante
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−−−− Não aceitáveis φφφφ ≤≤≤≤ 0.5 é necessário intervir de imediato
−−−− Não reparáveis φφφφ << devem ser demolidos
Em função da importância e tipo de utilização da es trutura e do nível de danos verificado
serão definidos os tipos de intervenção a implement ar.
−−−− Aceitáveis φφφφ ≥≥≥≥ 1
−−−− Toleráveis 0.5 < φφφφ < 1 são aceitáveis sob certas condições, tendo em atenç ão aspectos sociais, históricos e económicos. No caso de estrut uras correntes a reparação/reforço deverá ser realizada dentro de 1 a 2 anos.
Aspectos a considerar :
Reforço Selectivo
� Minimizar a intervenção explorando de forma eficien te a ductilidade e a
Concepção da Intervenção
Concepção e Dimensionamento do Reforço
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capacidade resistente da estrutura
Dimensionamento do Reforço
Métodos simplificadosMétodo dos coeficientes globais
Concepção e Dimensionamento do Reforço
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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
Método dos coeficientes globais
1 −−−− Determinação da resistência como se a estrutura fos se monolítica e
sem danos: Ri
2 −−−− Aplicar coeficiente de monolitismo γγγγn,R : Rr = γγγγn,R Ri
Valores a título indicativo função da tecnologia de reforço
Responsabilidade do projectista
γγγγn,R
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Responsabilidade do projectista
3 −−−− Verificar a ligação entre o material de reforço e o elemento existente
ττττSd ≤≤≤≤ ττττRd
σσσσSd ≤≤≤≤ σσσσRd
MODELO DE COMPORTAMENTO
ESTADO LIMITE ÚLTIMO DE FLEXÃO
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VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA: Msd < M’rd = Mrd + ∆∆∆∆ Mrd
M’rd = γγγγ n,R Mrd (As + Asr)Método coeficientes globais �
MODELO DE COMPORTAMENTO
E. L. ÚLTIMO DA LIGAÇÃO DA ARMADURA DE REFORÇO À ES TRUTURA
O dimensionamento pode ser
realizado adoptando um modelo
plástico ou modelo elástico
dependendo da ductilidade da
ligação
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Modelo elástico
4FSR
l0Modelo plástico
B
A
ττττ Tensões de corte na interface
Avaliação das tensões na interface da ligação
Modelo elástico
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p2 (x3)
x1
x2
As
x2
x3
A
B
p2 (x3)
bI
SVστ
1
0,1223 ==
�Hipótese
Linha Neutra acima da Interface z b
V
b
fτ
2==
• 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.
1. Ligação entre superfícies de betão existente/be tão novo sem conectores
•••• Aplicação restrita
−−−− Ausência de tracções
−−−− Tensões de corte baixas
−−−− Carregamentos monotónicos
−−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da z ona de ligação
Dimensionamento das ligações
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•••• 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)
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
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Interfaces lisas ττττRd,f = 0.4 σσσσcd[MC90; EC8]
Interfaces rugosas ττττRd,f = 0.4 (fcd )4/3(σcd)2/3
σσσσcd – tensão de compressão na interface
As parcelas de adesão e atrito não devem ser somada s directamente com os seus valores máximos pois envol vemdeslizamentos diferentes na interface.
ATRITO
ADESÃO S (deslizamento)
ττττ
2. Ligações entre superfícies de betão existente/b etão novo com conectores
•••• Ligação mais fiável
Mecanismos de resistência
−−−− Adesão
−−−− Atrito
−−−− Efeito de costura dos conectores
−−−− Resistência ao corte dos conectores
ττττRd = ηηηη f’ ctd + µµµµ (σσσσcd + ρρρρb fsyd,b ) ≤≤≤≤ 0.25 f’ cd[MC90]
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coesão atrito efeito decostura
τ σn
ws
τ
σs
σs
σn
ρρρρb ≥≥≥≥ 0.10% percentagem da área dos conectores
s – Deslizamento entre Facesw – Afastamento entre Facesτ – Tensão de Corte na Interfaceσs – Tensão de tracção nas Armaduras Transversais à Interfaceσn – Tensão de Compressão sobre a Interface.
Efeito de Costura
[EC2]
αααα
Distribuição da armadura de costura
vRd,i = c fctd + µµµµ σσσσn + ρρρρb fyd,b (µµµµ sen αααα + cos αααα) ≤≤≤≤ 0.5 νννν fcd atrito e feito de costura
coesão
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Tipos de
superfície Descrição c µµµµ
Muito lisa Cofragem metálica; plástico; madeira lisa
(Superfícies cofradas) 0.25 0.5
Lisa Superfícies não cofradas ou com cofragem
rugosa 0.35 0.6
Rugosa Superfície com rugosidade mínima de
3mm e espaçamento ∼∼∼∼40mm 0.45 0.7
Indentada Indentações com geometria definida (EC2) 0.50 0.9
Para cargas dinâmicas ou cíclicas os valores de C d evem ser reduzidos a metade
Resistência ao corte dos conectores
VRd,b = φφφφ2b [ ]1 + (1.3 εεεε)2 −−−− 1.3 εεεε fcd fsyd.b (1 −−−− ττττ2) <
As.b fsyd.b
3
εεεε = 3 lφφφφb
fcd
fsyd.b ττττ =
σσσσs.b
fsyd.b As,b =
ππππ φφφφ2b
4
φφφφb – diâmetro do conector
[MC 90]
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As,b – área da secção do conector
l – excentricidade da carga
σσσσs,b – tensão de tracção no conector
3. Ligação entre superfícies de betão existente/re sina/chapas metálicas sem conectores
•••• A ligação é feita por ADESÃO
−−−− Adesão resina/betão
−−−− Adesão resina/aço
•••• Aspectos a considerar
• necessário colocar conectores ou outros dispositivo s de amarração nas extremidades
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das chapas para absorver as forças de arranque que aí se geram
• amarração fora das zonas críticas de potencial form ação de rótulas plásticas
• protecção contra o fogo
• controlo de qualidade elevado: preparação de superf ícies, resina, injecção ou colagem
ττττrd,g = f 'ctkγγγγm
= f 'ctd [CEB GTG21]
NRd,b,n ≥≥≥≥ max
Nsd.r -
23 NRd.g
Nsd.r
2
NRd.g = lg b f 'ctd
Amarração nas extremidades [EC8]
NSd,r = As,r fsyk ≤≤≤≤ NRd,g + NRd,b,n
adesão conectores
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NRd.g = lg b f 'ctd
lg – comprimento da amarração
b – largura da chapa
NRd,b,n = n NRd,b
n – número de conectores
4. Ligação entre superfícies de betão existente/re sina/chapas metálicas com conectores
Chapas metálicas com conectores
•••• Ligação mais fiável
A ligação é feita por: −−−− Adesão resina/betão
−−−− Resistência ao corte dos conectores
ττττRd = ττττRd,g + ττττRd,b
−−−− ττττ = f 'ctd + 0.2 MPa [CEB – GTG 21]
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−−−− ττττRd,g = f 'ctd + 0.2 MPa [CEB – GTG 21]
implica →→→→ 2 conectores por secção com espaçamentos ≤≤≤≤ 200mm
Considerando que a mobilização da resistência das pa rcelas da adesão e conectores envolvem deslizamentos diferentes:
−−−− ττττRd,b = γγγγn,R n VRd.b
Ac
VRd,b – resistência ao corte de cada conector
n – número de conectores
Ac – área da interface
γγγγn,R = [0.7] coeficiente de monolitismo
−−−− ττττRd,g ≈≈≈≈ 0.5 Mpa e ττττRd,b = n VRd.b
Ac [IST]
Alternativa:
TIPOS DE INTERVENÇÃO DE REFORÇO ESTRUTURAL
Reforço por Adição deArmaduras Exteriores
Reforço com Encamisamento (Armaduras e Betão/Argamassas )
Chapas Metálicas
Fibras de carbono, vidro, aramida(CFRP; GFRP; AFRP)
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Pré-esforço Exterior
Substituição por Novos Elementos
Adição de Novos Elementos
Cabos de aço
Laminados de carbono
REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS EXTERIORES
Reforço por colagem de chapas metálicas
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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
−−−−
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−−−− O reforço é moderado
−−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço trans verso
−−−− Reforço em lajes ao momento flector
−−−− Mais adequado para acções monotónicas
−−−− (Não se aplica no reforço à compressão -tendência d as chapas a encurvarem-)
−−−− (Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica)
•••• Aspectos principais da solução
−−−− Rapidez de execução e interferência mínima na utili zação da estrutura
−−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fl uência para cargas permanentes, mau
comportamento ao fogo e à fadiga
−−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características da resina, execução dos trabalhos, ...
−−−− Requer empresas e pessoal técnico especializado
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−−−− A espessura das chapas varia, em geral, de 3 a 10mm
−−−− O aço deve trabalhar a baixas tensões por forma a n ão serem necessárias deformações
excessivas para mobilizar a sua capacidade resisten te ⇒⇒⇒⇒ Fe 360
−−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por inj ecção ou por espatulamento
−−−− A ligação deve ser complementada com conectores e a s chapas devem ser
convenientemente amarradas nas extremidades
−−−− As chapas devem ser protegidas contra a corrosão e a acção do fogo.
•••• 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
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−−−− Módulo de Elasticidade 2 a 17 GPa
−−−− Coeficiente de Poisson 0.27
−−−− Coeficiente de Fluência para uma compressão
de 40 MPa 12
−−−− A espessura da camada da resina de colagem deverá s er a menor possível por forma
a reduzir as deformações a longo prazo por fluência ⇒⇒⇒⇒ (e ≤ 1 a 3 mm)
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
a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulha s;
jacto de areia;
EXECUÇÃO
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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
EXECUÇÃO
Preparação de superfíciesMartelo de agulhas
Jacto de areia
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Jacto de água
EXECUÇÃO
Preparação de superfíciesJacto de água de alta pressão
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Diferentes níveis de preparação de superfície
EXECUÇÃO
Preparação de superfícies
Jacto de areia e água
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EXECUÇÃO
Colocação e colagem das chapas
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CONTROLO DE QUALIDADE
ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA - BETÃO
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CONTROLO DE QUALIDADE
ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA – CHAPA METÁLICA
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REFORÇO À FLEXÃO
SEM CONECTORES COM CONECTORES
Recomendações:
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ts ≤≤≤≤ 4mm t s ≤≤≤≤ 12mm
tg ≤≤≤≤ 2mm t g ≤≤≤≤ 2mm
50 ≤ bs ≤ 300mm
As,r ≤≤≤≤ 3/4 As,i
∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ 0.5 MRd,i ∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ MRd,I
La,min ≥≥≥≥ bs ; 200mm
γγγγn,k = γγγγn,M = 1.0 γγγγn,k = 0.9; γγγγn,M = 1.0
80 ≤ bs ≤ (300mm)
REFORÇO À FLEXÃO - Dimensionamento
Modelo de comportamento
Método dos coeficientes globais
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admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:
Coeficientes de monolitismo: γγγγn,M = 1.0 (γγγγn,k = 0.9)
Mrd ≈≈≈≈ As,eq 0.9 deq fyd,i = fyd,i
As,i 0.9 di + As,r 0.9 dr fyd,rfyd,i
Mrd = As,eq Zeq fyd,i = As,i Zi fyd,i + As,r Zr fyd,r
As,r =
fyd,i
fyd,r
As,eq deqdr
−−−− As,i d idr
Verificação da ligação
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Distribuição plástica das tensões de aderência
•••• Ligação sem conectores
FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ ττττrd bs L2
ττττRd ≤≤≤≤ fctd
•••• Ligação com conectores
FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ n VRd,b + ττττRd bs L2
ττττRd ≈≈≈≈ 0.5 MPa
Mais ancoragem das chapas nas extremidades
REFORÇO AO ESFORÇO TRANSVERSO
SEM CONECTORES COM CONECTORES
Recomendações:
hshs
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ts ≤≤≤≤ 3 mm t s ≤≤≤≤ 8 mm
tg ≤≤≤≤ 2 mm t g ≤≤≤≤ 2 mm
hs ≥≥≥≥ 100 ts hs ≥≥≥≥ 100 ts
∆∆∆∆VSd ≤≤≤≤ 1/2 Vsd,i
Verificação da segurança de vigas ao esforço transv erso
Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd bz sen θθθθ cos θθθθ
Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )Vrd,i + Vrd,r
Asw,i Asw,r
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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
Soluções de reforço
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REFORÇO DE PILARES
Pormenores de ligações
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Pormenores de ligação das armaduras nos nós
REFORÇO DE PILARES
Ligação das armaduras à fundação
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Verificação da Segurança
As,eq = As,i + As,r fyd,rfyd,i
Método dos coeficientes globais
Coeficiente de monolitismo: γγγγn,V = 0.9
ENSAIO
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MRd (KNm)
MR,i (KNm)
MR,r2 (KNm)
Mu (KNm)
1561.2 1034.9 2777 2760