Chapas metálicas coladas e com buchas

2.2.3.1

Descrição geral

A técnica de reforço recorrendo a elementos metálicos (Figuras 2.4 e 2.5) é empregue há muito tempo e provavelmente até é uma das técnicas de reforço mais antigas,

relativamente a outros materiais, como os FRP (Fibre Reinforced Polymers), a expor na secção 2.2.4, apresenta a vantagem de permitir um maior controlo de rigidez e conseguinte diminuição de deformação dos elementos. Para que se possa realmente usar esta solução é necessário dispor de uma ligação eficiente entre os elementos metálicos e o betão existente. Para isso, existem hoje em dia adesivos que devido às suas características de aderência permitem aquela ligação.

Chapa de Reforço

Chapa de Reforço Chapa de Reforço

Figura 2.4 _{– Esquema tipo de reforço de lajes com chapas metálicas coladas.}

Esta técnica apresenta as seguintes vantagens: não altera significativamente a geometria das peças; é pouco poluente; rápido e relativamente económico; rápida utilização da estrutura após reforçada. Como desvantagens podem ser apontadas as seguintes: é necessário ao usar adesivo de base epoxídica, um cálculo cuidadoso da ligação, exigindo, para um bom desempenho, injecção do adesivo e colocação de chumbadores; são necessárias deformações para que o reforço seja mobilizado; exige uma adequada preparação da superfície de betão e das chapas metálicas; é necessário ter em atenção o potencial de corrosão das chapas, sendo necessário protegê-las contra a corrosão; existem limitações relativamente ao tamanho das peças metálicas, devido ao seu transporte e espaço em obra, obrigando à execução de emendas por soldadura em obra; as peças metálicas são pesadas e não têm flexibilidade para se ajustar à geometria da peça de betão, sendo necessário escorá-las em obra quando aplicadas na face inferior da laje, sendo por isso mais aconselhável a sua utilização na face superior da laje; é sensível ao calor e aos UV dado o uso de adesivos; quando forem usados adesivos epoxídicos deverá ter-se atenção à fluência dos mesmos e ao tipo de acções a que a estrutura está sujeita.

Um dos maiores perigos na utilização deste tipo de reforço reside na sua simplicidade, que leva a que muitos construtores o queiram usar, ignorando todos os factores que podem influenciar o seu comportamento.

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Figura 2.5 _{– Aplicação de chapas metálicas pare reforço de laje.}

Os adesivos usados têm por função garantir uma ligação adequada do material de reforço às superfícies de betão, para proporcionar à ligação um nível de resistência adequada em função do nível das tensões tangenciais que a solicitam. Esta utilização de carácter estrutural, impõe que o adesivo garanta uma elevada capacidade de adesão entre os dois elementos a ligar, devendo este possuir características reológicas, mecânicas e de durabilidade adequadas à sua utilização. Mays e Hutchinson [190], afirmam que os adesivos usados para uso estrutural são adesivos com base em resinas epoxídicas e poliéster não saturadas. Estes últimos, Cánovas [46] e Silva et al. [253], apresentam informação detalhada acerca do comportamento deste tipos de adesivos.

2.2.3.2

Investigação

Os primeiros trabalhos registados referem-se a Bresson [37], [38], L’Hermite [170], [171], L’Hermite e Bresson [172], em França a partir de 1967, sobre a forma de lidar com este tipo de reforço, usando adesivos de base epoxídica. A partir dessa altura surgiram várias investigações na área, das quais se destacam, Ladner e Weber [174], Swamy et al. [260], Cánovas [45], [46], [47], Oehlers [219], Oehlers e Moran [220], Taljsten [262], [263] e D. Van Gemert [81]. Estes estudos incidiram no estudo da influência de diversos parâmetros, tais como o tratamento superficial do betão e das chapas, espessura e tipo de adesivo, presença de uniões soldadas, fissuração prévia, espessura e largura das chapas, resistência à compressão do betão, concentração de tensões, dispositivos de ancoragem, fluência e

acções dinâmicas. É importante referir que estes trabalhos de investigação focaram-se no uso desta técnica no reforço de vigas de betão armado e não no reforço de lajes. O Bulletin d’Information nº162 do CEB [63] e o Guia de Boa Prática da FIP [106] apresentam recomendações úteis para este tipo de reforço. Apesar de já se ter usado este tipo de reforço em lajes, Godfrey e Sharkey [115], a investigação desta técnica tem-se limitado essencialmente a vigas. A falta de investigação da aplicação desta técnica em lajes bidireccionais deve-se ao facto dos investigadores ainda estarem preocupados com os fenómenos de concentração de tensões que surgem nas vigas e pelo facto das lajes bidireccionais serem mais difíceis de estudar. Também o facto de terem surgido, entretanto, novos materiais, tais como os FRP, fez com que a investigação do reforço de elementos de betão armado com chapas de aço perdesse interesse junto da comunidade técnico- científica. De seguida faz-se uma breve descrição da investigação feita por Zhang et al. [283] e por Ebead e Marzouk [95] no que diz respeito ao reforço de laje bidireccionais com chapas de aço.

(1) Zhang et al.

No estudo de Zhang et al. [283] foram ensaiadas 5 lajes bidireccionais quadradas simplesmente apoiadas com dimensões 1800x1800x70 mm3 _{sujeitas a uma carga}

concentrada no centro e reforçadas com uma chapa metálica no centro. As lajes tinham a mesma armadura ordinária e o mesmo tipo de betão. Uma das lajes foi ensaiada sem reforço, para servir de controlo enquanto as outras foram reforçadas com chapas quadradas na face inferior. Os parâmetros estudados foram o tamanho da chapa e a sua espessura. As chapas foram coladas usando um adesivo base epoxídica com uma espessura de cerca de 4 mm, e foi feito um tratamento da superfície antes da sua aplicação. Foi também feito um tratamento da superfície das chapas metálicas. Foram medidas forças, deslocamentos e extensões tanto na armadura ordinária como na chapa. A fendilhação começou por surgir na zona não reforçada da laje junto às esquinas da chapa, e com o aumento da carga também surgiram ao longo dos bordos da chapa e só depois na face superior da laje junto às esquinas. Segundo os autores a laje entrou em rotura quando as armaduras ordinárias entraram em cedência e se formou um número suficiente de linhas de rotura na laje. Na figura seguinte (Figura 2.6) pode-se observar o padrão das fissuras nas cinco lajes.

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Figura 2.6 _{– Padrão das fissuras na fase de rotura, nas lajes SB1 a SB5; (a), (c), (e), (g) e (i)} faces inferiores das lajes SB1 a SB5 respectivamente, (b), (d), (f), (h) e (j) faces superiores das

lajes SB1 a SB5 respectivamente.

Em relação à rigidez, os autores, concluíram que a rigidez das lajes é semelhante até surgir a fendilhação. Quanto aos modos de rotura, os autores afirmam que esta se dá quando surge um número suficiente de linhas de rotura na laje, de uma forma dúctil excepto no caso da laje SB5 que apresentou uma rotura frágil. O descolamento da chapa neste tipo de laje é pouco provável que aconteça, visto que nos ensaios nunca ocorreu, ao contrário do que acontece em vigas. Assim, os autores afirmam que este método de reforço é mais apropriado para lajes do que para vigas. Propõem que se use o método das linhas de rotura para o dimensionamento deste tipo de reforço de lajes de uma forma simples e conservadora. Isto leva a pensar que se pode reforçar uma laje por alteração do padrão das linhas de rotura (mecanismo de colapso) desde que a zona reforçada possua resistência suficiente para que estas se formem. Teng et al. [270] afirmam que é expectável que lajes reforçadas com uma quantidade equivalente de FRP se comportem da mesma forma. Com base nestes ensaios, Teng et al. [270] acreditam que o descolamento do reforço na interface

maior probabilidade de acontecer, mas que a acção bidireccional das lajes torna este fenómeno mais difícil de acontecer do que em lajes unidireccionais onde uma fissura de maiores dimensões pode surgir ao longo de toda a largura da laje e pode aumentar de largura com um aumento de carregamento.

(2) Ebead e Marzouk

Ebead e Marzouk [95], propuseram uma técnica de reforço de lajes bidireccionais usando chapas e varões de aço e estudaram várias configurações diferentes. As chapas de aço eram coladas com um adesivo epoxídico em ambas as faces das lajes e em torno do pilar enquanto que os varões funcionavam como armadura vertical (Figura 2.7). Ensaiaram cinco modelos de laje quadradas com 1900 mm de lado e espessura de 150 mm. Um dos modelos funcionou como modelo de referência (não reforçado). O carregamento era feito com um pilar quadrado com c=250 mm de lado.

Chapa de Reforço Pilar Chapa de Reforço Pilar Chapa de Reforço Pilar Chapa de Reforço Pilar

Figura 2.7 _{– Esquema dos reforços [95]. (dimensões em mm)}

As principais conclusões da investigação são as seguintes: esta técnica de reforço permitiu alterar o modo de rotura de punçoamento para uma rotura por flexão; as cargas de rotura aumentaram nas lajes reforçadas em relação à laje de referência, em média, cerca de 53%. No caso da laje A4 (reforço ilustrado na zona inferior direita da Figura 2.7) o aumento da carga de rotura foi de 36%, o que leva a concluir que o uso de chapas separadas não é recomendado para o reforço; registaram um aumento da ductilidade nos modelos reforçados

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quando comparados com o modelo de referência. Segundo os autores, a técnica de reforço permitiu alterar o modo de rotura de punçoamento para flexão (Figura 2.8).

Figura 2.8 _{– Aspecto da rotura de um modelo [95].}

Além disso propuseram uma técnica simples para estimar a carga resistente ao punçoamento baseada na espessura equivalente das chapas de aço.