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Reabilitação e Reforço de Estruturas

REFORÇO DE ESTRUTURAS DEBETÃO ARMADO

Mestrado em Engenharia Civil

2011 / 2012

1/75

BETÃO ARMADO

EDUARDO JÚLIO(Prof. Aux. DEC FCTUC)

Eduardo S. Júlio

Reabilitação e Reforço de EstruturasAula 09.2: Técnicas de Reforço de estruturas de betão armado.


ÍNDICE DA APRESENTAÇÃO

1. ENQUADRAMENTO

2. TÉCNICAS DE REFORÇO

2/75


3. DIMENSIONAMENTO E PORMENORIZAÇÃO

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS



1. ENQUADRAMENTO


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1.1. QUANDO É NECESSÁRIO REFORÇAR ?

1.1.1.) Em fase construtiva

• Erros ao nível do projecto de estabilidade

4/75

• Erros na composição/produção do betão

• Erros de execução



1.1.1.) Em fase construtiva, quando há:


5/75







6/75







7/75







8/75





1.1.2.) Durante o período de vida da estrutura, quando há:

• Ocorrência de sismos

9/75


• Ocorrência de acções de acidente (choques, incêndios, explosões)





10/75







11/75







12/75



• Modificação da função da estrutura para condições mais desfavoráveis





13/75




• Agravamento de requisitos regulamentares





14/75





RSA EC 8National Annex

type 1 earthquake





15/75





RSA EC 8National Annex

type 2 earthquake





Espectros EC8 e RSA - cenário intraplacas (sismo ti po 1) - Porto

1

2

3

4

5

6

Terreno tipo I

Terreno tipo II

Terreno tipo III

Terreno A

Terreno B

Terreno C

Terreno D

Terreno E

16/75





0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Espectros EC8 e RSA - cenário intraplacas (sismo ti po 1) - Lisboa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Terreno tipo I

Terreno tipo II

Terreno tipo III

Terreno A

Terreno B

Terreno C

Terreno D

Terreno E


Espectros EC8 e RSA - cenário interplacas (sismo ti po 2) - Porto

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Terreno tipo I

Terreno tipo II

Terreno tipo III

Terreno A

Terreno B

Terreno C

Terreno D

Terreno E




17/75

0

0.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Espectros EC8 e RSA - cenário interplacas (sismo ti po 2) - Lisboa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Terreno tipo I

Terreno tipo II

Terreno tipo III

Terreno A

Terreno B

Terreno C

Terreno D

Terreno E









18/75





• Alteração das exigências de serviço da estrutura


1.2. A DECISÃO DE REFORÇAR

Deve basear-se na:

• Inspecção da estrutura danificada

19/75

• Avaliação da sua capacidade resistente

• Análise da relação custo/benefício de diferentes possibilidades



Deve basear-se na:


20/75


• Análise da relação custo/benefício de diferentes possibilidades



Deve basear-se na:


21/75


• Análise de diferentes possibilidades de reforço



1. ENQUADRAMENTO


22/75





2.1. TÉCNICAS DE REFORÇO

Dividem-se em:

• Adição de novos elementos resistentes

• Reforço de elementos resistentes existentes

• Introdução de dispositivos especiais

23/75




Dividem-se em:




24/75




Dividem-se em:



• Introdução de pré-esforço e de dispositivos

25/75

• Introdução de pré-esforço e de dispositivos especiais


2.2. OBJECTIVOS DO REFORÇO

Dividem-se em:

• Aumentar a resistência

• Aumentar a rigidez

• Aumentar a ductilidade

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• Reduzir esforços

• Reduzir a fissuração

• Reduzir a deformação

• Melhorar o comportamento dinâmico



Dividem-se em:




27/75








Dividem-se em:




28/75








Dividem-se em:




29/75








Dividem-se em:




30/75








Dividem-se em:




31/75








Dividem-se em:




32/75







2.3. ADIÇÃO DE ELEMENTOS RESISTENTES

2.3.1. Paredes Resistentes

Vantagens:

• Aumento significativo da resistência a cargas laterais

33/75

• Aumento significativo da rigidez

Inconveniente:

• Como o aumento de rigidez introduzido é localizado, pode ser necessário reforçar as fundações




Vantagens:

• Aumento significativo da resistência a cargas laterais

34/75

• Aumento significativo da rigidez

Inconvenientes:

• Como o aumento de rigidez introduzido é localizado, pode ser necessário reforçar as fundações




Outros aspectos relevantes:

• A eficiência do reforço está dependente da forma como é realizada a ligação da parede ao pórtico no qual é inserida

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ao pórtico no qual é inserida

• É necessário o reforço dos pilares do pórtico no qual se pretende inserir a parede, na região junto à base, por ser geralmente uma zona de emenda de varões e por ficar sujeita a cargas axiais elevadas devido à acção pórtico - parede



2.3.2. Contraventamento Metálico

Vantagens:

• Rapidez de execução

• Não perturba o funcionamento habitual do

36/75

• Não perturba o funcionamento habitual do edifício

Inconvenientes:

• Eventual necessidade de novas fundações ou reforço das fundações existentes

• Alteração da estética do edifício

• Comportamento dinâmico influenciado pelos elementos de contraventamento e ligações

• Ausência de prática na execução do método




Vantagens:

• Rapidez de execução

• Não perturba o funcionamento habitual do

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• Não perturba o funcionamento habitual do edifício

Inconvenientes:

• Eventual necessidade de novas fundações ou reforço das fundações existentes

• Alteração da estética do edifício

• Comportamento dinâmico influenciado pelos elementos de contraventamento e ligações

• Ausência de prática na execução do método




Outros aspectos relevantes:

• Devido à interacção entre o contraventamento metálico e o pórtico existente ao qual é ligado, surgem nos

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existente ao qual é ligado, surgem nos pilares de betão esforços axiais consideráveis e, devido à excentricidade entre os dois, surgem elevados momentos normais ao plano do pórtico


2.4. REFORÇO DE ELEMENTOS

2.4.1. Colagem de chapas de aço

Vantagens:

• Possibilidade da operação de reforço ser realizada sem interrupção do trânsito (em pontes e viadutos)

39/75

pontes e viadutos)

• Não altera a geometria da estrutura

Inconveniente:

• A ancoragem das chapas de aço

• Durabilidade das juntas coladas expostas às influências atmosféricas (a descolagem é muitas vezes provocada pela corrosão das chapas de aço e por variações locais de temperatura)




Vantagens:

• Possibilidade da operação de reforço ser realizada sem interrupção do trânsito (em pontes e viadutos)

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pontes e viadutos)

• Não altera a geometria da estrutura

Inconvenientes:

• A ancoragem das chapas de aço

• Durabilidade das juntas coladas expostas às influências atmosféricas (a descolagem é muitas vezes provocada pela corrosão das chapas de aço e por variações locais de temperatura)




Outros elementos relevantes:

• A utilização desta técnica em vigas de edifícios apresenta um inconveniente adicional - a necessidade de protecção

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adicional - a necessidade de protecção contra incêndio das chapas de aço e, principalmente, da resina de epóxido habitualmente usada como agente ligante, a qual perde características para temperaturas não muito elevadas



2.4.2. Colagem de FRPs

Vantagens:

• Não sofre corrosão (ao contrário do aço)

• Peso reduzido

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• Peso reduzido

• Facilidade de aplicação

Inconveniente:

• Comportamento elástico até à rotura

• Alguns FRPs perdem características sob a acção dos raios ultravioleta, sendo necessário providenciar protecção eficaz

• Em edifícios é necessário prever protecção contra incêndio



2.4.2. Colagem de FRPs

Vantagens:

• Não sofre corrosão (ao contrário do aço)

• Peso reduzido

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• Peso reduzido

• Facilidade de aplicação

Inconvenientes:

• Comportamento elástico até à rotura

• Alguns FRPs perdem características sob a acção dos raios ultravioleta, sendo necessário providenciar protecção eficaz

• Em edifícios é necessário prever protecção contra incêndio



2.4.3. Aplicação de perfis metálicos

Vantagens:

• O aumento de rigidez é uniformemente distribuído (não há necessidade, em princípio, de reforçar as fundações)

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princípio, de reforçar as fundações)

Inconveniente:

• Processo trabalhoso (exige mão de obra especializada)

• Necessidade de protecção contra incêndio (sobretudo devido à perda de resistência das resinas de epóxido, geralmente usadas para realizar a ligação das cantoneiras ao pilar, para temperaturas pouco elevadas)



2.4.3. Aplicação de perfis metálicos

Vantagens:

• O aumento de rigidez é uniformemente distribuído (não há necessidade, em princípio, de reforçar as fundações)

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princípio, de reforçar as fundações)

Inconvenientes:

• Processo trabalhoso (exige mão de obra especializada)

• Necessidade de protecção contra incêndio (sobretudo devido à perda de resistência das resinas de epóxido, geralmente usadas para realizar a ligação das cantoneiras ao pilar, para temperaturas pouco elevadas)



2.4.4. Encamisamento metálico

Vantagens:

• Obtenção de um confinamento lateral eficaz

• Aumento de resistência ao corte com um

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• Aumento de resistência ao corte com um insignificante aumento da secção transversal

Inconveniente:

• A operação exige mão-de-obra especializada

• No caso de aplicação da técnica em edifícios, é necessário prever protecção contra incêndio



2.4.4. Encamisamento metálico

Vantagens:

• Obtenção de um confinamento lateral eficaz

• Aumento de resistência ao corte com um

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• Aumento de resistência ao corte com um insignificante aumento da secção transversal

Inconveniente:

• A operação exige mão-de-obra especializada

• No caso de aplicação da técnica em edifícios, é necessário prever protecção contra incêndio



2.4.5. Encamisamento de betão armado

Vantagens:

• Simplicidade de execução, não sendo necessária mão-de-obra especializada

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• Distribuição uniforme do aumento de rigidez da estrutura, não sendo necessário, em princípio, o reforço das fundações

• Aumento de durabilidade do pilar, em contraponto com a necessidade de protecção contra a corrosão ou incêndio das técnicas em que o aço fica exposto e em que são usadas resinas de epóxido



2.4.5. Encamisamento de betão armado

Inconvenientes:

• No caso de se pretender obter continuidade do reforço entre pisos, há necessidade da armadura longitudinal de reforço atravessar

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armadura longitudinal de reforço atravessar a laje, obrigando a furá-la e, no caso de esta ser vigada, a posição dos varões da armadura longitudinal de reforço fica condicionada


2.5. PRÉ-ESFORÇO E DISPOSITIVOS ESPECIAIS

2.5.1. Pré-esforço exterior

Objectivos:

• Redução de esforços e deformações

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2.5.2. Amortecedores

Objectivos:

• Melhoramento da resposta dinâmica

51/75



2.5.2. Amortecedores

Objectivos:


52/75



2.5.3. Dissipadores de energia

Objectivos:


53/75



2.5.4. Isolamento de base

Objectivos:


54/75



1. ENQUADRAMENTO


55/75





3.1. DIMENSIONAMENTO

3.1.1. Esforços resistentes da secção reforçada

• Admite-se o monolitismo da secção transversal

• Cálculo por equilíbrio de

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Reforço por colagem de FRPs

• Cálculo por equilíbrio de tensões na secção


as1 as2

As1 As2

h

b

as1r as2r

As2rAs1r

b+2e

h+2e

h

b= + -


3.1.1. Esforços resistentes na secção reforçada

• Admite-se o monolitismo da secção transversal

• Cálculo por equilíbrio de

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z(Fc)

Fc Fs1 Fs2

εs2r

εs1rεcr

x

εs1εc

εs2x-e

z(Fcv)

εc

Fcv

x-e

Fs2rFs1r Fcr

+ -

+ -z(Fcr)

Eduardo JÚLIO

• Cálculo por equilíbrio de tensões na secção

Reforço por encamisamento de betão armado



3.1.2. Ligação reforço/substrato

• No caso de ligações betão-betão, o Eurocódigo 2 caracteriza o substrato como “muito liso”, “liso”, “rugoso”

“6.2.5 Shear at the interface between concrete cast at different times”

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

58/75

EUROCODE 2

“muito liso”, “liso”, “rugoso” ou “indentado”

• As diferenças são introduzidas na expressão através de dois parâmetros, c e µ, coesão e coeficiente de atrito, respectivamente




• A caracterização qualitativa da rugosidade do betão do substrato preconizada pelo EC 2 é grosseira

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EC 2 é grosseira

• Estudos conduzidos no DEC FCTUC demonstraram que: (1) é possível obter um perfil de rugosidade do substrato de betão;




• (2) com o perfil de rugosidade do substrato de betão é possível determinar parâmetros de rugosidade;

Measured Roughness Normalized Roughness

Surface treatment Surface treatment

As-cast

Wire

brushing

Sand

blasting As-cast

Wire

brushing

Sand

blasting

Ra 0.031 0.099 0.203 0.136 0.434 0.890

Rz(DIN) 0.213 0.403 0.797 0.232 0.439 0.868

Rmax 0.370 0.708 0.994 0.290 0.555 0.779

60/75

parâmetros de rugosidade; max

R3z 0.118 0.252 0.628 0.172 0.367 0.914

R3zmax 0.188 0.347 0.825 0.206 0.379 0.902

Rz(ISO) 0.293 0.605 1.088 0.229 0.473 0.851

Ry 0.370 0.847 1.231 0.240 0.550 0.800

Rpm 0.083 0.160 0.401 0.189 0.364 0.912

Rp 0.132 0.282 0.527 0.216 0.461 0.861

Rvm 0.130 0.243 0.396 0.269 0.504 0.821

Rv 0.238 0.565 0.704 0.255 0.605 0.754




• (3) é possível estabelecer relações lineares com elevados coeficientes de correlação entre estes

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correlação entre estes parâmetros de rugosidade e a resistência da interface ao corte e à tracção;




• (4) é possível estabelecer relações lineares com elevados coeficientes de correlação entre estes

Roughness ParameterSlant ShearTest

Pull-OffTest

Average Roughness Ra 0.9283 0.9306

Mean peak-to-valley height Rz(DIN) 0.8966 0.8994

Maximum peak-to-valley height Rmax 0.9776 0.9789

Mean third highest peak-to-valleyheight

R3z 0.8642 0.8673

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correlação entre estes parâmetros de rugosidade e a resistência da interface ao corte e à tracção;

• (5) é viável adoptar um método quantitativo para avaliar a resistência da interface betão-betão.

Maximum third highest peak-to-valley height

R3zmax 0.8570 0.8602

Ten points height Rz(ISO) 0.9271 0.9295

Total roughness height Ry 0.9805 0.9817

Mean peak height Rpm 0.8535 0.8567

Maximum peak height Rp 0.9219 0.9243

Mean valley depth Rvm 0.9401 0.9423

Maximum valley depth Rv 0.9995 0.9997


3.2. PORMENORIZAÇÃO


• Além da rugosidade do substrato, têm influência na ligação betão novo-betão velho: (1) a composição dos

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velho: (1) a composição dos betões; (2) as respectivas idades; (3) a temperatura e a humidade relativa; (4) o método usado na limpeza da superfície; (5) o agente de ligação; (6) o método de aplicação deste; (7) a utilização de armadura de ligação; e (8) o tipo de ensaio usado para avaliar a resistência da ligação.




• Estudos conduzidos no DEC FCTUC demonstraram que: (1) as técnicas que aumentam a rugosidade do

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aumentam a rugosidade do betão do substrato, com exposição dos agregados, sem percussão, são as mais eficazes;




• (2) a aplicação de colas no substrato de betão, não aumenta a resistência da ligação, desde que a sua

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ligação, desde que a sua rugosidade seja incrementada com uma técnica adequada.




• (3) a utilização de betões ou grouts de elevados desempenhos (elevada resistência e retracção

66/75

resistência e retracção reduzida) apresenta vantagens na ligação betão novo/betão velho.




• (4) a generalidade das expressões de cálculo da resistência da ligação betão novo/betão velho, quando se 20

40

60

80

100

120

140

Load

(kN

)

67/75

novo/betão velho, quando se utilizam conectores, pode não fornecer resultados fiáveis.

0

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Displacement (mm)

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14

Normal Stress (MPa)

She

ar S

tress

(M

Pa)

debonding stress maximum shear stress CSA

ACI 318 JSCE BS 8110

REBAP MC 90 EC 2


3.3. INVESTIGAÇÃO

• Está em curso no DEC FCTUC um projecto de I&D sobre ligações betão-betão que integra 5 teses de doutoramento:

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3.3. INVESTIGAÇÃO

• Está em curso no DEC FCTUC um projecto de I&D sobre ligações betão-betão que integra 5 teses de doutoramento

• Avaliação do Corte Longitudinal em Elementos Compósitos de Betão ArmadoPedro Miguel Duarte dos Santos

• Modelação Numérica do Comportamento Estrutural de Interfaces Betão/BetãoDaniel António Semblano Gouveia Dias da Costa (FCTUC)

• Reforço de Fundações com Micro-EstacasJoão Paulo Veludo Vieira Pereira (ESTGLeiria)

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João Paulo Veludo Vieira Pereira (ESTGLeiria)

• Reforço ao Confinamento de Pilares de Betão Armado com Mantas de CFRP Pré-EsforçadasMarta Alexandra Baptista Agante (ESTGLeiria)

• Reforço de Estruturas de Betão Armado com Betões Leves de Argila ExpandidaHugo Sérgio Sousa Costa (ISEC)


3.3. INVESTIGAÇÃO

• Está em curso no DEC FCTUC um projecto de I&D sobre ligações betão-betão que integra 5 teses de doutoramento e 3 teses de mestrado.

• Composição e Caracterização Mecânica de Betões Leves de Argila ExpandidaHugo Sérgio Sousa Costa (ISEC)

• A Influência da Utilização de Colas no Comportament o de Interfaces Estruturais Betão-BetãoFrancisco Manuel Melo de Sousa Loureiro (Grupo Amorim)

• Caracterização do Corte Longitudinal em Interfaces Betão/Betão com Armadura de Ligação

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Betão/Betão com Armadura de LigaçãoFilipe Alves Vieira Saraiva (Pavicentro)



1. ENQUADRAMENTO


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• A correcta caracterização da estruturaexistente e a clara definição dos objectivos a atingir com o reforço são essenciais à selecção da(s) técnica(s) a adoptar;

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• A correcta caracterização da estrutura existente e a clara definição dos objectivos a atingir com o reforço são essenciais à selecção da(s) técnica(s) a adoptar;

• Os pressupostos de cálculo devem ser conhecidos; a adequação das expressões

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dos regulamentos, em geral definidas para construção nova, deve ser verificada;





74/75


• A eficácia das técnicas de reforço está em grande parte dependente de uma correcta pormenorização;





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• A eficácia das técnicas de reforço está em grande parte dependente de uma correcta pormenorização;

• É essencial a consulta de bibliografia técnico-científica especializada.

reforÇo de estruturas de mestrado em …cristina/rrest/aulas_apresentacoes/07... · • reduzir a...

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