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Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR

António Costa


REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR

Alteração do sistema estrutural

Aumento da capacidade resistente

Correcção do comportamento em serviço

Aplicação


Exemplos – Alteração do sistema estrutural

Eliminar um apoio

Introduzir um apoio elástico

Mudar o sistema de apoios


Exemplos – Corrigir comportamento deficiente

Controlo da fendilhação e deformação

Aumento da capacidade resistente


Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no reforço do tabuleiro de uma ponte em caixão


g + q

P P

g, q

g g + q q

g g + q q’

g

g + P

(N = P; ΔσP)

P

(1)

(2)

Efeito do Pré-esforço

Estrutura inicial

Estrutura reforçada

(1) Antes do reforço

(2) Após o reforço

Aumento da capacidade de carga

Melhoria do comportamento em serviço


Métodos de análise

An

áli

se

da s

ec

ção

An

áli

se

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str

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ra

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ca

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len

tes

)


Pré-esforço exterior (não aderente)

Pré-esforço interior (aderente)

Dimensionamento

Linha neutra


Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”

Tensões antes do reforço Tensões após do reforço

Exemplo

Reforço com Pré-

esforço exterior


Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”

Ancoragem dos cabos


REFORÇO REALIZADO EM 2005

Reforço dos Viadutos de acesso

Ponte da Figueira da Foz

Autor: Eng. Edgar Cardoso 1982

Obra: OPCA


Viaduto da margem esquerda

- Alçado

- Planta

Viaduto da margem

direita

- Alçado

- Planta

Reforço dos Viadutos de acesso à Ponte da Figueira da Foz

Descrição da estrutura


CORTE TRANSVERSAL

Reforço dos Viadutos de acesso à Ponte da Figueira da Foz

- Corte transversal


Anomalias

Cabos de Pré-esforço


Pré-esforço

Tensões para Combinação QP

Face superior

Face inferior


Pré-esforço

Verificação da segurança ELU

Esforço transverso

Flexão


Reforço com pré-esforço exterior

Objectivos:

Garantir a descompressão para a comb QP

Aumentar a capacidade resistente à flexão



Reforço

Vigas interiores: 4 cabos de 4 cordões 0,6”

Vigas laterais: 2 cabos de 4 cordões 0,6”

+ 2 cabos de 3 cordões 0,6”

Acção do pré-esforço exterior equilibra cerca de 20%

da carga permanente



Desviadores


Ancoragens


Ponte sobre o Rio Cávado

Albufeira da Caniçada

Reabilitação estrutural


Estrutura

Aspectos mais marcantes do projecto:

- Pilares com altura máxima de 57.90m em alvenaria com secção em losango oco com as

diagonais iguais a 4.0 e 8.0 m, apresentando as suas paredes uma espessura de 0.30 m nos

primeiros 22.50 m a contar do topo e de 0.40 m a partir dessa cota. As paredes são

contraventadas de 4.5 em 4.5 m por uma laje de betão armado com uma abertura elíptica. Esta

solução de travamento horizontal para o pilares, que o autor associava aos nós das canas de

bambu tem como objectivo evitar a instabilidade das paredes (placas) que constituem a secção

do pilar.

- O tabuleiro apoia nos pilares e encontros através de aparelhos de apoio móveis e fixos (nos

pilares P2 a P5 e encontro sul) em betão armado constituídos por discos de grande dimensão

com 1.40 m de diâmetro e 0.90 m de espessura.

Autor: Eng. Edgar Cardoso 1952 – 53

Obra: NOVOPCA – Construtores Associados, Lda. 1952 – 54


Estrutura


Pilares de alvenaria


Tabuleiro

Secção Transversal do Tabuleiro

Apoio do Tabuleiro nos Pilares


Anomalias estruturais


Análise estrutural – Verificação da segurança

Análise estrutural – Verificação da segurança

Ensaios 2005

Tabuleiro

- Resistência à compressão do betão: 36.2 MPa a 58.4 MPa - Recobrimento de armaduras muito variável: 5 mm a 93 mm - Profundidade de Carbonatação: 3 mm a 47 mm


Análise estrutural

Pormenorização de Armaduras

20.3 cm²

79.1 cm²


Análise estrutural

– Momentos flectores - Análise elástica (carga permanente)

-200 KNm 327 KNm -628 KNm

736 KN

-787 KN

– Esforços axiais - Análise elástica


Análise estrutural

– Esforços axiais - Análise elástica c/ redistribuição de esforços

836 KN

-911 KN

-390 KNm 0 KNm

-1167 KNm

– Momentos flectores - Análise elástica c/ redistribuição de esforços


– Fendilhação (carga permanente)

Análise Não Linear

Modelo de Elementos Finitos


– Momentos flectores [MNm] (carga permanente)

Step 11,

-2

.55

7E

-02

-2

.89

1E

-01

7

.12

0E

-02

6

.14

5E

-02

9

.74

2E

-02 -

6.6

97

E-0

1

-1

.25

4E

-01

-4.2

16E

-01

1.4

19E

-01

-1.9

06E

+00

2

.43

8E

-02

-2.7

20E

-02 -

2.4

76

E-0

2

-6.362E-01

-5.727E-01

4.664E-02

-1.786E-01

– Esforços axiais [MN]

Step 11,

7

.21

0E

-01

7

.19

5E

-01

7

.24

1E

-01

5

.71

2E

-01

6

.13

6E

-01

4

.62

6E

-01

4.9

76E

-01

-6

.38

4E

-05

2

.65

0E

-03

7

.50

6E

-04

1

.21

5E

-03

9

.18

1E

-05

2

.35

1E

-04

6

.00

1E

-06

7

.39

0E

-05

-1.1

02E

+00

-1.5

21E

-01

-6

.84

3E

-01

-6.8

28E

-01

-6.8

53E

-01

-6.7

90E

-01

-6.8

01E

-01

-6.7

64E

-01

-6.7

94E

-01

-1.858E-01 4.890E-02

-2.759E-01

-2.306E-01


Análise Não Linear – avaliação da capacidade de carga

- Configuração de rotura (CP + 1.7 x VT)

Step 28, Cracks: in elements, openning: <-2.182E-06;5.016E-03>[m], Sigma_n: <-7.734E-01;2.208E+00>[MPa], Sigma_T: <-1.335E+00;2.380E+00>[MPa]

VT


P P

PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR Reforço Activo

Pré-esforço longitudinal (2 x 7 cordões por viga). Introduz compressão no banzo superior, reduz fendilhação e

aumenta a capacidade resistente.


Reforço Passivo

Função complementar: injecção de fendas mais expressivas (>0.3mm), reparação local e reforço local com

chapas inox e CFRP.


Verificação da Segurança

E. L. Ultimo – Modelo Não Linear – Atena

- Antes do Reforço: CP + 1.7 VT (considerando as propriedades médias dos materiais) ou 1.35 CP + 0.5 VT (considerando as propriedades de cálculo dos materiais) - Após o Reforço: 1.35 CP + 2.0 VT (considerando as propriedades de cálculo dos materiais)


Intervenção de reabilitação


Ancoragens passivas




Ancoragens activas





Reforço com pré-esforço exterior Injecção e selagem


Reforço de um Edifício Antigo - Metodologias

Edifício com estrutura porticada em betão

Ref. – Museu do Oriente em Lisboa, A2P Consult Lda

Corpos A, B e C


Reforço de um edifício antigo

Avaliação:

Projecto – regulamento de 1935: RBA

Cargas gravíticas relativas à nova utilização inferiores às cargas associadas à

utilização anterior

Estrutura de betão regular, robusta e com bom comportamento em serviço

Não satisfação da segurança relativamente à acção sísmica

– armadura de esforço transverso insuficiente

– armadura de cintagem insuficiente

– armadura longitudinal, em geral, suficiente

Intervenção:

Reforço de pilares ao esforço transverso com chapas metálicas

Reforço de pilares à flexão com chapas metálicas

Eliminação de pilares para aumentar vãos


Reforço de um edifício antigo

Planta do piso 0 – corpo A

Planta do piso 0 – corpo C


Eliminação de pilares



Perspectiva explodida


Desviador central



Pormenores do

desviador central



Zona das ancoragens Ancoragens embebidas na laje

Ancoragens exteriores

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