reforço estrutural vl mar2011

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL –– 20102010--20112011

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Válter LúcioVálter LúcioDepDep. Eng. Civil da . Eng. Civil da UNLUNL


1. INTRODUÇÃO

• Anomalias estruturais • Causas das anomalias estruturais

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• Causas das anomalias estruturais• Soluções de reforço estrutural

2. SISTEMAS DE REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES

3. REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL

4. INVESTIGAÇÃO EM CURSO NA FCT/UNL


1. INTRODUÇÃO

• Anomalias estruturais � resistência à flexão,� resistência ao punçoamento,� colapso progressivo,� sensibilidade às acções sísmicas,� fendilhação excessiva e

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� fendilhação excessiva e � deformação excessiva.


• Causas das anomalias estruturais:� erros de projecto

▫ concepção,▫ dimensionamento ou▫ pormenorização,

1. INTRODUÇÃO

44

▫ pormenorização, � erros de execução, � cargas excessivas.


• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS� erros de projecto

▫ concepção

� Falta de elementos resistentes à acção sísmica:

• paredes resistentes;• pórticos viga -pilar no

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• pórticos viga -pilar no contorno do edifício.

Excesso de confiança nas estruturas de lajes fungiformes para a resistência às acções sísmicas.

O comportamento da ligação laje-pilar possui, em regra, um comportamento pouco dúctil na rotura.

Existe a necessidade de complementar a estrutura de lajes fungiformes com sistemas resistentes alternativos que possuam comportamento dúctil para a acção sísmica.


Rotura por punçoamento e colapso progressivo devido à acção sísmica

6Northridge, Los Angeles -1994


� Evitar ligações laje-pilar nos bordos e nos cantos das lajes


▫ concepção

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As ligações laje-pilar de bordo e de canto estão sujeitas a forças de punçoamento de grande excentricidade.

Esta é outra razão para considerar vigas no contorno dos pisos é evitar ligações laje-pilar de bordo e de canto.


Ligação laje-pilar de canto: parece e é mesmo muito

pouco robusta!

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� NÃO às

O facto de se dimensionarem bandas de laje,


▫ concepção

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como se de vigas se tratassem, designadas na gíria como “vigas deitadas”, a laje não passa a ser uma laje vigada.

Ao contrário das lajes vigadas, que possuem os maiores esforços de flexão segundo o menor vão, o dimensionamento as lajes fungiformes é condicionado em flexão e em deformação pelo seu maior vão.


Lajes fungiformes dimensionadas com “vigas deitadas” também estão sujeitas a fenómenos de punçoamento junto aos pilares e a necessitar do auxílio de sistemas alternativos (paredes resistentes e pórticos viga-pilar no contorno) para resistir à acção sísmica.

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▫ dimensionamento

� Evitar esbeltezaselevadas

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Esbeltezas elevadas originam:• deformações excessivas,• dificuldades na pormenorização das armaduras de flexão e • situações críticas na resistência ao punçoamento deformação

excessiva



▫ dimensionamento e pormenorização

� Dimensionamento apropriado das armaduras de flexãoO dimensionamento e pormenorização correctos das armaduras de flexão é, normalmente, suficiente para controlar a fendilhação excessiva por flexão.

Em lajes, a existência de fendas com abertura excessiva é frequentemente um

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Em lajes, a existência de fendas com abertura excessiva é frequentemente um sintoma de insuficiência de armaduras para a verificação do estado limite de resistência à flexão.

fendas de flexão


Inspecção às armaduras de uma laje fungiforme nervurada

armadura de flexão insuficiente

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fendas radiais de flexão

insuficiente



▫ dimensionamento e pormenorização

� Dimensionamento apropriado das armaduras de punçoam ento

Desprezar a excentricidade da força de punçoamento excentricidade da força de punçoamento na verificação da segurança aos estados limites de resistência ao punçoamento, é também um erro frequente.

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Erros na quantificação das forças de punçoamentoquantificação das forças de punçoamento, designadamente na quantificação dos efeitos das acções verticais e dos sismos.

É frequente, em lajes fungiformes, considerar, erradamente, apenas metade das cargas verticais no dimensionamento, por analogia com as lajes vigadas.

Erros na pormenorização, ou até ausência, das armaduras de punçoamentoarmaduras de punçoamento

Não nos podemos esquecer que a rotura por punçoamento é rotura por punçoamento é bruscabrusca, não tem pré-aviso e pode conduzir ao colapso progressivo colapso progressivo de toda a estruturade toda a estrutura.


• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS� erros de execução

� Redução da espessura da laje definida em projecto.

� Utilização de betões com classe de resistência inferior à

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classe de resistência inferior à especificada.

� Montagem inapropriada das armaduras de flexão, ou redução em relação ao especificado em projecto.

� Não colocação das armaduras de punçoamento, ou montagem errada destas.

Rotura por punçoamento


Colapso progressivo causado por erros de execução

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•• SOLUÇÕES DE REFORÇOSOLUÇÕES DE REFORÇO

� Reforço por adição de armaduras• armaduras para betão armado, com demolição parcial e betonagem;• armaduras pós-instaladas em furos injectados (ou nã o) com resinas ou grouts ;

Para além de conferirem a segurança aproriada à estr utura, as soluções de reforço devem ser discretas , devem passar despercebidas, não devem deixar cicatrizes que comprometam a estética , a confiança do utente na estrutura ou o seu valor económico .

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ou grouts ;• chapas e perfis de aço colados à superfície, com ou sem buchas;• tecidos ou laminados de fibras de carbono ou de vid ro colados à superfície;• laminados de fibras de carbono inseridos no recobri mento.

VIGA PILAR


Reforço com chapas de aço coladas e com buchas

1818


Preparação da superfície

1919

Reforço com laminados de fibra de carbono

colados


2020

Reforço com laminados de fibra de carbono

colados

Colagem do laminado



� Por encamisamento:• adição de betão armado com varões;• adição de betão armado com fibras curtas de aço;• adição de argamassa armada;

� com fibras curtas de aço;com fibras longas ou com mantas de aço;

21

� com fibras longas ou com mantas de aço;� com fibras de basalto.

VIGA PILAR


� Com pré-esforço exterior:• com cordões, fios ou barras de aço de alta resistên cia;• com laminados de fibras de carbono.


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Consiste na introdução de forças na estrutura que p rovocam esforços de sinal contrário aos causados pelas acções aplicadas, com o objectivo de melhorar o seu comportamento e capacidade resistente. Além de aumentar a capacidade de carga, o reforço c om pré-esforço, é usado também, para melhorar o comportamento em serviço da s estruturas, reduzindo a abertura das fendas e as deformações.


23Lisboa | 18 de Março | 2011 www.sile2011.com 23

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR

Cordões de pré-esforço


24Lisboa | 18 de Março | 2011 www.sile2011.com 24

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR

desviadores

Macaco de pré-esforço


� Por alteração do sistema estrutural :• redução parcial ou total da rigidez em zonas localizad as;• libertação de apoios ou introdução de assentamentos diferenciais;• introdução de novos apoios e redução dos vãos;• introdução de contraventamentos , paredes resistentes ou de


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• introdução de contraventamentos , paredes resistentes ou de acessórios dissipadores de energia para o reforço s ísmico.


REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de novos pilares metálicos -

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Novos pilares


REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de parede de apoio

2727

Nova parede

Falta de apoio


REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de novos pilares metálicos

2828

Novos pilares


2. SISTEMAS DE REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES

� Para reforço à flexão , ao punçoamento e/ou a deformaçõesexcessivas:

• aumento da espessura da lajeaumento da espessura da laje, pela face superior, com inclusão de armaduras de flexão;• adição de armaduras exteriores adição de armaduras exteriores em aço (chapas) ou em fibras de carbono;

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carbono;• prépré--esforço exterior esforço exterior com aço de alta resistência (cordões ou barras) ou com laminados de fibras de carbono;• alteração do sistema estrutural alteração do sistema estrutural com a introdução de novos pilares ou de vigas.

� Para reforço ao punçoamento :• introdução de capitéiscapitéis em betão ou em perfis metálicos;• colocação de armaduras de punçoamentoarmaduras de punçoamento pós-instaladas.


REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de novos pilares em betão- e reforço com armaduras de momentos negativos

capitéis

30

Novos pilares

capitéis

Espessamento da laje e introdução de armaduras para momentos negativos


REFORÇO AO PUNÇOAMENTO (e dos pilares)- encamisamento dos pilares- colocação de capitéis em betão

31Novos capitéisEncamisamento dos pilares


REFORÇO AO PUNÇOAMENTO (e dos pilares)- encamisamento dos pilares- colocação de capitéis em betão- colocação de armaduras de punçoamento

Capitel em betão

Novas armaduras de punçoamento

32Encamisamento dos pilares

em betão punçoamento

Novas armaduras para momentos negativos

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL –– 20102010--20112011REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL

O reforço por alteração do sistema estrutural é, po r vezes, a solução mais eficiente face aos diversos condicionalismos do cas o em análise. Também neste tipo de reforço se deve ter em conta, não só a segurança, mas também a estética e o valor económico da construção.

O reforço por alteração do sistema

3. REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL

3333

O reforço por alteração do sistema estrutural pode ser do tipo activo , isto é, incluir um pré-esforço que force a que o reforço funcione mesmo para as acções já instaladas na estrutura, reduzindo:

� as deformações existentes;� a fendilhação;� os esforços de flexão, de corte e axiais instalados na estrutura.


EXEMPLOS DE REFORÇO COM ESTRUTURA METÁLICA PRÉEXEMPLOS DE REFORÇO COM ESTRUTURA METÁLICA PRÉ--ESFORÇADAESFORÇADA� Instalações da VN Automóveis em Vendas Novas

� Indústria de fabrico e montagem de veículos pesados;� O objectivo era ampliar a linha de

3434

� O objectivo era ampliar a linha de montagem alterando um dos pórticos extremos de uma nave.

� Edifício dos Bombeiros Voluntários da Trafaria

� Edifício de dois pisos em laje fungiforme maciça, com vãos de 10m;� Devido a erros de concepção e de análise estrutural o edifício encontrava-se em risco de ruína;� O edifício foi reforçado mantendo as funções para que foi projectado.


As instalações industriais são constituídas por dua s naves principais, a primeira destinada a uma linha de montagem de veícu los automóveis e outra ao fabrico de peças.A alteração da estrutura destinou-se ao prolongamen to das linhas de montagem de automóveis nas duas naves.

INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS

3535


O objectivo era retirar a viga intermédia e os dois pilares interiores do pórtico.

A forma encontrada foi desactivar os pilares a demo lir, aliviando primeiramente os esforços a que estavam sujeitos, passando o efei to de suporte dos pilares de betão para uma nova estrutura metálica.

INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS

3636


SEQUÊNCIA DOS TRABALHOSSEQUÊNCIA DOS TRABALHOS1. Reforço das fundações com

alargamento das sapatas dos pilares extremos;

2. Demolição da viga intermédia;3. Montagem de pilares e das

vigas metálicas (HEA 450).

3737

vigas metálicas (HEA 450). 4. Aperto e ajuste de varões

roscados contra a viga de betão. Este aperto corresponde a um abaixamento da viga metálica previamente calculado em função da força a instalar;

5. Demolição dos pilares de betão;6. Após a aplicação do pré-esforço aos varões roscados o espaço livre entre a viga de

betão e a estrutura metálica foi preenchido com argamassa Sika Grout.

20.70m


Estrutura metálica montada

3838

Pormenor da estrutura metálica


3939

Aperto dos varões roscados para aplicação do pré-esforço às vigas de betão.


4040

Corte dos pilares


Remoção dos pilares

4141


EDIFÍCIO DOS BOMBEIROS VOLUNTÁRIOS DA TRAFARIAEDIFÍCIO DOS BOMBEIROS VOLUNTÁRIOS DA TRAFARIA

� Edifício de dois pisos com estrutura de betão armado em laje fungiforme maciça;

� O edifício foi construído em 1996;

� O piso térreo é o estacionamento dos veículos de socorro;

4242

� O piso superior é usado para serviços administrativos e formação;

� Devido a erros de concepção e de análise estrutural o edifício encontrava-se em risco de ruína.


� O edifício possui uma malha de pilares aproximadamente quadrada com 10m de vão ;

� A laje é fungiforme maciça, e tem 0.25m de espessura , o que corresponde a uma esbelteza de h/L = 1/40;

4343

esbelteza de h/L = 1/40;

� A laje foi analisada como se de uma laje vigada se tratasse, isto é, apenas foi considerada metade da carga aplicada ;

� As paredes resistentes terminavam no piso térreo, p rovocando uma grande variação da rigidez para a acção sísmica ao nível do 1º andar;

� Alguns pilares sem continuidade por causa da distribuição dos vãos nas fachadas;

� As vigas de bordadura da laje não são estruturais e não apoiam nos pilares.


fenda

Fendas nas paredes de alvenaria causadas por deformação excessiva da laje fungiforme.

ANOMALIAS VISÍVEISANOMALIAS VISÍVEIS

4444

fenda

fenda


Testemunhos em gesso mostravam que as fendas nas paredes de alvenaria estavam activas.

ANOMALIAS VISÍVEISANOMALIAS VISÍVEIS

4545


� Manter o espaço para estacionamento de veículos de socorro;

� Reduzir ao mínimo a intervenção e o custo , nomeadamente nos acabamentos do piso superior ;

CONDICIONALISMOS AO REFORÇOCONDICIONALISMOS AO REFORÇO

4646

do piso superior ;

� Segurança em relação:

• ao punçoamento;

• à flexão;

• e à deformação da laje.

� Segurança para as acções sísmicas , tendo em conta a importância do edifício em caso de sismo (foi considerado no projecto a Classe de Importância IV do EC8).


SOLUÇÃO DE REFORÇOSOLUÇÃO DE REFORÇO

� Reforço das fundações para sapatas contínuas;

� Construção de um sistema resistente ao sismo consti tuído por 4 paredes resistentes em betão armado, desde as fundações até à cobertura;

� Execução de uma estrutura porticada, em aço, de apo io da laje, sem função resistente para os sismos;

� Estes pórticos são afastados

4747

� Estes pórticos são afastados entre si 3.30m e suportam a laje a terços do vão, reduzindo os vãos da laje para aproximadamente 3.30mx3.30m.



� Execução de uma estrutura porticada, em aço, de apo io das lajes;

� Estes pórticos suportam a laje a terços do vão, red uzindo os vãos da laje;� A laje do tecto do estacionamento foi pré-esforçada pelas vigas dos pórticos metálicos deste piso;

� Para reduzir ao mínimo a intervenção no piso superio r, as vigas de reforço foram montadas por cima da laje de cobertura e a la je foi suspensa nestas por

4848

foram montadas por cima da laje de cobertura e a la je foi suspensa nestas por varões roscados.



� A laje do tecto do estacionamento foi afastada das vigas metálicas através de varões roscados;

� No piso da cobertura, a laje foi suspensa nas vigas

4949

laje foi suspensa nas vigas metálicas de reforço através de varões roscados.

Estas acções são efectuadas através de deslocamentos impostos às estruturas por enroscamento de porcas nos varões roscados.

Importa definir, com algum rigor, o valor destes deslocamentos impostos a ambas as estruturas.


P

Pserv.

Pcr

PR

MONITORIZAÇÃO DA APLICAÇÃO MONITORIZAÇÃO DA APLICAÇÃO DO PRÉDO PRÉ--ESFORÇOESFORÇO

O betão armado tem um comportamento não linear e complexo. Não é fácil quantificar uma variação de força em função de uma variação de deformação da estrutura de betão.

Comportamento do betão Comportamento do betão armadoarmado

A deformação do betão não é proporcional à carga aplicada. A deformação é também

5050

Pcr

P

a

Pserv.

t 0

a

a R 1a R a 0

t 1

fluência

carga aplicada. A deformação é também influenciada significativamente pela fendilhação e pela fluência do betão.

Após a anulação da carga aplicada resta uma deformação residual que não é possível anular .

O valor do pré-esforço teve que ser monitorizado através da deformação da estrutura metálica, a qual tem um comportamento (aproximadamente) elástico.


Estrutura metálica no piso térreo

A estrutura metálica foi montada sobre plintos de betão para reduzir os danos de eventuais impactos dos veículos.

5151

Sistema de aplicação do pré-esforço no tecto

do piso térreoPor aperto de porcas em varões roscados


Vigas metálicas na cobertura

5252

Sistema de aplicação do pré-esforço da laje da cobertura


Paredes resistentes em betão armado

5353


Reparação das fendas nas paredes de alvenaria

5454

Pilar metálico revestidocom gesso cartonado

por razões estéticas e para protecção ao fogo


Pórticos metálicos no piso térreo

Espaço livre para estacionamento

5555

Vista dos pórticos metálicos no piso térreo


3. INVESTIGAÇÃO EM CURSO NA FCT/UNL

� Reforço ao punçoamento com armaduras transversais p ós-instaladas

- Este trabalho teve início em 1994, no IST, com a dissertação de Mestrado do Prof. António Pinho Ramos;- Sob a orientação do Prof. Pinho Ramos foram desenvolvidos recentemente estudos na FCT-UNL:

• dissertação de Mestrado de Inácio Duarte;

56

• dissertação de Mestrado de Inácio Duarte;• dissertação de Mestrado (Bolonha) de Marta Luís;• estão em curso outros trabalhos neste domínio.

� Reforço de lajes com pós-esforço usando ancoragens por aderência

- Doutoramento em curso do Eng. Duarte Viúla Faria, sob orientação de Válter Lúcio e de Pinho Ramos;- Sistema patenteado para introdução de pós-tensão com ancoragens por aderência.



- Em 1994, Prof. Pinho Ramos estudou o reforço de lajes com parafusos pós-instalados.

Foram ensaiadas de lajes com apenas um perímetro de

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com apenas um perímetro de parafusos.

Com este sistema obtiveram-se incrementos de resistência entre 9% e 13%.



- Em 2007 Inácio Duarte executou cinco modelos experimentais, dos quais quatro foram posteriormente reforçados e ensaiados.

- O reforço consistiu em parafusos em dois perímetros, com diferentes diâmetros e diferentes forças de pré-esforço inicial.

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Face Superior

Face Inferior


Os modelos ensaiados tinham 1800x1800 mm2 e 120 mm de espessura.Estes pretenderam simular a área junto a um pilar central de um painel interior de uma laje fungiforme maciça limitada pelas linhas de momento nulo.

59Ensaio da laje de referência sem reforço - ID1


Foram colocados oito parafusos em cada uma das duas camadas: A camada interior situou-se a 0.5d (50mm) da face do pilar;A camada exterior foi executada a 0.75d (75mm) da camada interior.

60

Placas de ancoragem com 150x50x5mm3.

Dois parafusos de camadas diferentes por cada placa.

Laje Parafuso Força de pré-esforço inicial (kN)

ID2 M10 (7.7mm) 11.2

ID3 M6 (4.6mm) 2.9

ID4 M8 (6.0mm) 6.7

ID5 M8 (6.0mm) 1.4


MODOS DE ROTURA

ID2: rotura pelo exterior das placas de ancoragem sem intersecção dos parafusos.

ID3:rotura com intersecção das

61Faces superior e inferior dos modelos

ID2 e ID3 após rotura por punçoamento

rotura com intersecção das duas camadas de parafusos.

ID3ID3

ID2ID2


ID2 M10 (7.7mm) 11.2

ID3 M6 (4.6mm) 2.9

ID4 M8 (6.0mm) 6.7

ID5 M8 (6.0mm) 1.4


ID4:rotura exterior aos parafusos.

ID5:rotura com intersecção dos parafusos.

MODOS DE ROTURA

62Faces superior e inferior dos modelos

ID4 e ID5 após rotura por punçoamento

ID5ID5

ID4ID4


ID2 M10 (7.7mm) 11.2

ID3 M6 (4.6mm) 2.9

ID4 M8 (6.0mm) 6.7

ID5 M8 (6.0mm) 1.4


- O carregamento teve as seguintes fases:• 1ª Fase – Fendilhação (aplicação de uma carga de cerca 60% do valor da força de rotura do modelo de referência);• 2ª Fase – Após as operações de reforço, os modelos foram levados à rotura através da aplicação de um carregamento cíclico.

Reforço ao punçoamento com armaduras transversais p ós-instaladas

- Em 2008 Marta Luís ensaiou dois modelos, ML1e ML2, em tudo idênticos aos modelos ID3 e ID4, mas sujeitos a cargas verticais cíclicas.

63

através da aplicação de um carregamento cíclico.

- Os modos de rotura dos modelos ML1e ML2 foram semelhantes aos dos modelos ID3 e ID4, respectivamente.


Comparação entre as cargas de rotura experimentais e as estimadas pelo EC2

Rm1

exp

V

V

0.98

1.49

Modelo Parafuso

de Reforço

Força inicial

dos parafusos

[kN]

Resultados Experimentais Valores estimados pelo EC2

Rm

exp

V

V Vexp

[kN] Modo de rotura

VRm1

[kN]

VRm2b

[kN]

VRm3

[kN] Modo de rotura

ID1 - - 269 - 274 - - 274 0.98

ID2 M10 11.2 406 Exterior ao reforço 272 439 396 Exterior ao reforço 1.02

64

Vexp – Carga de rotura experimental; VRm,1 – Valor médio do esforço resistente ao punçoamento sem armadurasespecíficas; VRm,2b – Valor médio do esforço resistente ao punçoamento com armaduras específicas (comlimitação da tensão do aço dos parafusos); VRm,3 - Valor médio do esforço resistente ao punçoamentoconsiderando a rotura pelo exterior do reforço.

1.11

1.27

1.19

1.16

1.20

ID3 M6 3.3 331 Interior ao reforço 298 308 430 Interior ao reforço 1.07

ID4 M8 5.9 381 Exterior ao reforço 300 367 432 Interior ao reforço 1.04

ID5 M8 1.4 366 Interior ao reforço 308 373 442 Interior ao reforço 0.98

ML1 M6 2.9 337 Interior ao reforço 290 310 418 Interior ao reforço 1.09

ML2 M8 6.7 349 Exterior ao reforço 292 419 422 Interior ao reforço 0.83


� Com a adição dos parafusos obteve-se um aumento da resistência entre 11% (M6) e 49% (M10);

� A aplicação de parafusos de reforço aumenta a rigidez das lajes, reduzindo as deformações verticais;

� Pode ser usado o EC2 para estimar a resistência deste sistema de reforço;

Reforço ao punçoamento com armaduras transversais p ós-instaladasCONCLUSÕES

65

� Pode ser usado o EC2 para estimar a resistência deste sistema de reforço;

� A redução de resistência devido ao carregamento cíclico aplicado nos modelos ML1 e ML2 não é significativa (…).


� Reforço de lajes com pós-esforço usando ancoragens por aderência

tema de doutoramento do Eng. Duarte Viúla Faria sob orientação de Válter Lúcio e de Pinho Ramos.

O objectivo do estudo é o reforço de lajes fungiformes por introdução de pré-esforço(pós-tensão) usando ancoragens por aderência entre o cordão de aço de altaresistência e o betão.

66

Estas ancoragens são materializadas com um agente de aderência. Neste estudotem sido usada uma resina epoxi da Hilti HIT-RE 500.


� Vantagens do reforço com pós-tensão:

• O reforço é activo, isto é, funciona mesmo para as cargas já instaladas;

• O elemento a reforçar não necessita ser descarregado;

• Não adiciona peso significativo à estrutura;

• Reduz a deformação e a fendilhação;

• Reduz os esforços de flexão e de punçoamento por transferência de uma parte das cargas directamente para os apoios.

67

das cargas directamente para os apoios.

� Desvantagens do reforço com pós-tensão :

• Provoca tensões concentradas nas zonas de ancoragem;

• Usa ancoragens externas permanentes e desviadores que afectam a estética e o usam espaço útil.


DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE PRÉDESCRIÇÃO DO SISTEMA DE PRÉ--ESFORÇO COM ANCORAGENS POR ADERÊNCIAESFORÇO COM ANCORAGENS POR ADERÊNCIASistema de pós-tensão com ancoragens por aderência para est ruturas de betão – PAT 103 785 –pedido de patente Nacional INPI – Instituto Nacional de Protecção Industrial em 12/07/2007. O sistemaconsiste na instalação de pré-esforço com ancoragens realizadas por aderência entre o aço de pré-esforço eo betão. O sistema consta da furação da peça de betão e instalação do aço dentro dos furos. O aço é entãotensionado com a ajuda de ancoragens provisórias. Os furos são selados e injectados com um agente deaderência. Após a cura do agente de aderência o pré-esforço é libertado nas ancoragens provisórias etransferido por aderência para o betão nas zonas de ancoragem. Esta força é transferida por tensões deaderência entre o aço, o agente de aderência e o betão adjacente ao furo. O sistema consta, assim, de umpré-esforço instalado à posteriori usando a técnica da ancoragem da pré-tensão. Este sistema pode ser

68

(a) furação da laje existente

pré-esforço instalado à posteriori usando a técnica da ancoragem da pré-tensão. Este sistema pode serusado no reforço de estruturas existentes e na ligação entre elementos de estruturas novas.

(b) instalação de cordões de aço de alta resistência


(c) tensionamento dos cordões com recurso a ancoragens provisórias

69

(d) injecção com um agente de aderência e seu endurecimento

(e) libertação das ancoragens provisórias e transferência do pré-esforço para o elemento.


� Como não existem ancoragens permanentes o sistema é mais económico e fácil de instalar, não altera a estética e não compromete o espaço;

� As tensões nas zonas de ancoragem são introduzidas gradualmente ao longo do comprimento de transferência, não introduzindo forças concentradas.

VANTAGENS DO SISTEMAVANTAGENS DO SISTEMA

DESENVOLVIMENTO DO SISTEMADESENVOLVIMENTO DO SISTEMA

70

Para o desenvolvimento do sistema necessitam ser analisados em detalhe os seguintes aspectos:

� Técnicas de furação e de injecção;

� Propriedades do agente de aderência;

� Sistema de ancoragens provisórias e de tensionamento dos cordões;

� Perdas de pré-esforço, designadamente as relativas à deformação instantânea e à deformação por fluência do agente de aderência;

� Explorar campos de aplicação para o sistema.


ENSAIOS DE “ENSAIOS DE “PULLPULL--OUTOUT””

Célula de Carga

Cunhas

MECANISMO DE ADERÊNCIAMECANISMO DE ADERÊNCIA

Para o estudo do mecanismo de aderência foram já efectuados ensaios de “pull-out” e de “push-in”.

71

Para determinação da tensão aderência foram ensaiados três comprimentos de selagem: 100mm, 150mm, 200 mm

Célula de Carga

Macaco Hidráulico


ENSAIOS DE “ENSAIOS DE “PUSHPUSH--ININ””

72

Para determinação do comprimento de transferência de pré-esforço foram efectuados ensaios de “push-in” nos seguintes comprimentos de selagem:250mm, 350mm, 450mm, 550mm, 650mm, 800 mm

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL –– 20102010--20112011Resinas HILTI

5

10

15

20

25

Ten

são

Ade

rênc

ia

C1-B4-20-070508-A

C1-B4-10-070508-A

C2-B4-10-070508-A

ENSAIOS DE “ENSAIOS DE “PULLPULL--OUTOUT””

730

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0

Slip (mm)

Ten

são

Ade

rênc

ia (

MP

a)

0

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Slip (mm)

ENSAIOS DE “ENSAIOS DE “PUSHPUSH--ININ””


MODELOS DE LAJE FUNGIFORMEMODELOS DE LAJE FUNGIFORME

Foram executados e ensaiados 7 lajes fungiformes com 2300x2300, sendo 3 com 100mm de espessura e 4 com 120mm de espessura. Para referência e comparação dos resultados experimentais, foi ensaiada uma laje não reforçada de cada uma das espessura.

74

Sistema de ancoragens provisórias para aplicação do préSistema de ancoragens provisórias para aplicação do pré--esforço esforço e injecção da resina.e injecção da resina.


75

Laje reforçada pronta para ensaiar.Laje reforçada pronta para ensaiar.


76


Rotura por punçoamento de uma laje Rotura por punçoamento de uma laje reforçada com préreforçada com pré--esforço pós instalado.esforço pós instalado.

77

Comportamento pósComportamento pós--rotura de uma laje rotura de uma laje reforçada.reforçada.


RESULTADOS DOS ENSAIOS DAS LAJESRESULTADOS DOS ENSAIOS DAS LAJES

Espessura da laje [m] Modelo Vdesvio

[kN]Vexp[kN]

Veff[kN]

VRm,EC2[kN]

Veff/VRm Vexp/Vexp,REF

L1 REF 191.0 191.0 203.6 0.94 1.00

VRm,EC2 - Resistência estimada com o EC2, usando valores médios das propriedades dos materiais

Veff = Vexp - VdesvVexp – força de rotura obtida nos ensaios experimentais

Vdesv – componente vertical das forças de pré-esforço nas ancoragens

78

0.10L1 REF 191.0 191.0 203.6 0.94 1.00

L2 60.2 272.9 212.7 201.6 1.06 1.43

L3 52.7 254.7 202.0 198.5 1.02 1.33

0.12L4 REF 199.0 199.0 217.4 0.92 1.00

L5 72.0 294.5 222.5 214.1 1.04 1.48

L6 77.4 292.2 214.8 212.5 1.01 1.47

propriedades dos materiais


CONCLUSÕESCONCLUSÕES

� Os ensaios de aderência mostraram que, para efeitos de dimensionamento dos comprimentos de transferência do précomprimentos de transferência do pré--esforço esforço nas zonas de ancoragem podem ser usadas tensões de aderência máximas da ordem de 6MPa6MPa;

� Para efeitos de determinação da resistência máxima das ancoragens resistência máxima das ancoragens podem ser consideradas tensões de aderência de cerca de 12MPa12MPa, embora com deformações significativas;

79

� As perdas instantâneas perdas instantâneas de pré-esforço obtidas com comprimento de ancoragem de cerca de 0.35m correspondem a deslizamentos inferiores a 0.5mm, essencialmente devidos à deformação da resina na fase de transferência do pré-esforço;

� Existem perdas de préperdas de pré--esforço por fluência esforço por fluência da resina, que estão neste momento a ser quantificadas experimentalmente, mas que são compatíveis com os resultados pretendidos;

� Dos resultados os ensaios realizados em modelos de laje pode-se afirmar que:

� A solução de reforço permitiu o incremento da resistência ao punçoamento incremento da resistência ao punçoamento em 33% a 48%, com pré-esforço apenas numa direcção;

� O pré-esforço reduz as deformações reduz as deformações verticais da laje;

� Pode ser usado o EC2EC2 para estimar a resistência ao punçoamento com este reforço.


� REFORÇO DE LIGAÇÕES VIGA-PILAR PARA ACÇÕES SISMICAS

tema de doutoramento da Engª. Ana Rita Giãosob orientação de Válter Lúcio e de Carlos Chastre Rodrigues.

8080


Forças equivalentes à acção sísmicaMomentos devidos à acção

sísmica

ZONAS CRÍTICASZONAS CRÍTICAS

81

Os maiores momentos flectores surgem nas extremidades dos pilares e

das vigas.

Zonas críticas – onde se podemformar rótulas plásticas devido àacção sísmica

Rótulas plásticas nas extremidades


PRINCIPIO DO PILAR FORTE PRINCIPIO DO PILAR FORTE –– VIGA FRACAVIGA FRACA

82

Mecanismo indesejável� Mecanismo de rotura localizado� Reduzida dissipação de energia� Deformações excessivas dos pilares

Rótula plástica nas vigas


RESISTÊNCIA / RIGIDEZ / DUCTILIDADE RESISTÊNCIA / RIGIDEZ / DUCTILIDADE →→ DISSIPAÇÃO DE ENERGIADISSIPAÇÃO DE ENERGIA

+ Resistência

83

= Dissipação de energia

+ Dúctil

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL –– 20102010--20112011O

BJE

CT

IVO

S

LIGAÇÃO VIGA-PILAR EM BETÃO ARMADO DE ALTO DESEMPEN HO SÍSMICO

ESTUDO DO COMPORTAMENTO

REFORÇO COM CORDÕES DE PRÉ-ESFORÇO NÃO-

ADERENTES

REFORÇO PRÉ-ESFORÇO E ENCAMISAMENTO NA ZONA COMPRIMIDA

COM COMPÓSITO CIMENTÍCEOREFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO

OBJECTIVOSOBJECTIVOS

8484

OB

JEC

TIV

OS

ENSAIO QUASI-

ESTÁTICO CÍCLICO

Implementar ensaio cíclico

com efeitos das forças gravíticas

�Minimizar as deformações residuais

�Aumentar a resistência e capacidade dissipativa

Desenvolver calda de elevado desempenho com fibras contínuas

de aço

�Reduzir a encurvadura dos varões comprimidos

�Minimizar os danos

Modelação e análise não-linear


DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO

Acumulação de deformação

positiva!

MODO DE ROTURA

MODELO EXPERIMENTAL VR1 MODELO EXPERIMENTAL VR1 –– RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS

8585

Encurvadura das

armaduras long.

inferiores

Rotura do varão da armadura

long. inferior

Destacamento

do

recobrimento

6dy+

3dy-


Acumulação de deformação negativa (no sentido da

deformação provocada pelas cargas gravíticas)

Fg

MODELO EXPERIMENTAL VR2 MODELO EXPERIMENTAL VR2 –– RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTOMODO DE ROTURA

8686

Armadura longitudinal inferior mantém-se com comportamento

elástico

cargas gravíticas)

Encurvadura progressiva da armadura longitudinal

inferior

Degradação gradual da zona comprimida


MODELO EXPERIMENTAL VPE MODELO EXPERIMENTAL VPE –– RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS


8787

Encurvadura progressiva da armadura longitudinal inferior

Degradação gradual da zona comprimida

Destacamento do recobrimento

DEFORMAÇÕES RESIDUAIS INFERIORES


MODELO EXPERIMENTAL VPEE – RESULTADOS EXPERIMENTAIS


8888

Destacamento do encamisamento

Rotura do encamisamentopor tracção

REDUÇÃO DOS DANOS E ENCURVADURA DOS VARÕES

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL –– 20102010--20112011CONCLUSÕESCONCLUSÕES

8989

� Retardar a encurvadura dos varões comprimidos� Minimizar os danos

� Minimizar as deformações residuais� Aumentar a resistência e capacidade dissipativa


90

reforço estrutural vl mar2011

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