Substituição do betão

2.3.1.1

Descrição geral

Este método consiste basicamente na substituição do betão danificado em redor do pilar por um betão novo (Figura 2.22). Aplica-se em situações em que seja necessário repor o estado inicial ou melhorá-lo em virtude da necessidade de responder às necessidades de alteração do uso da estrutura ou outras. A eficácia desta solução dependerá da ligação entre o betão novo e o existente, do betão de reforço, da sua aplicação e cura. Deverá existir um apertado controlo de qualidade quando da execução desta solução, pois será necessário retirar todo o betão existente entre o pilar e um perímetro, situado entre 3d e 4d deste (em que d representa a altura útil da laje) [201].

A utilização de betões de alto desempenho constitui uma alternativa de grande interesse, principalmente no que diz respeito ao uso de betões de alta resistência. No entanto, o uso de betões de alta resistência, pode prejudicar o mecanismo de interbloqueamento de inertes, visto estes betões apresentarem na rotura superfícies lisas que cortam os agregados, ao contrário dos betões normais, em que as superfícies são irregulares, contornando os agregados de maior dimensão, mais resistentes que a argamassa. Outro aspecto será o da adição de fibras de aço ao betão. A introdução de fibras melhora as características de ductilidade, a resistência ao impacto e à fadiga e o controlo da

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fendilhação. Além de permitir uma melhor distribuição da fendilhação, as fibras melhoram a aderência do betão com a armadura ordinária, inibindo a abertura de fissuras na zona de transmissão de forças por aderência.

Figura 2.22_{– Reforço por substituição do betão.}

De seguida apresentam-se os resultados de diversos trabalhos de investigação relativos ao uso de betão com fibras e betão de alta resistência para melhorar a capacidade de carga ao punçoamento, apesar destes trabalhos não dizerem respeito especificamente a trabalhos de reforço. Considera-se, no entanto, que estes trabalhos podem ser úteis, uma vez que indicam que o uso deste tipo de betões é eficaz também quando aplicado como solução de reforço por substituição do betão existente.

2.3.1.2

Investigação

(1) Ramos

Ramos [228] ensaiou uma laje usando esta técnica de reforço e concluiu que para o dimensionamento deverá ser usado um coeficiente de monolitismo para a laje reparada de 0.82 (com base na formulação do MC90 [64]) e que a ligação entre os dois betões é eficiente sem usar adesivos, desde que se proceda a uma preparação cuidadosa da superfície e uma cura subsequente eficaz. Na laje reparada, a rotura não se deu pela ligação entre os dois betões, mas sim pelo betão velho, facto este importante, pois não foi usado nenhum agente de aderência.

Cofragem Material de Enchimento

(2) Harajli et al.

Harajli et al. [135] ensaiaram doze lajes de betão armado com fibras de diferentes materiais de forma a investigar o seu comportamento em relação ao punçoamento. Os parâmetros estudados incluíam o tipo, a fracção de volume de fibras e esbelteza das fibras e das lajes. As lajes tinham 650x650 mm2 _{e a carga era aplicada monotonicamente através de}

um pilar quadrado com 100 mm de lado. As espessuras estudadas foram de 55 e 75 mm. Com base nos resultados obtidos os autores concluíram o seguinte: a presença de fibras de aço permite um aumento da resistência ao punçoamento das lajes. A presença de uma fracção de volume de 2% de fibras de aço, permitiu um aumento de 36% da resistência ao punçoamento; o aumento da resistência ao punçoamento devido à presença das fibras de aço, deve-se, fundamentalmente, à fracção de volume destas e é independente do comprimento ou esbelteza das mesmas; a presença de fibras de aço nas lajes leva não só a um aumento da ductilidade da rotura mas também pode modificar o modo de rotura de punçoamento para flexão ou para uma combinação punçoamento-flexão; as fibras de aço provocam uma diminuição do ângulo de punçoamento com a horizontal. A distância do limite da superfície de rotura na face superior da laje ao perímetro do pilar variou entre 2.5h a 2.82h (onde h é a espessura da laje), comparado com 1.82 h nas lajes simples; apesar de melhorarem a ductilidade e a absorção de energia no comportamento pós-rotura, as fibras de polipropileno foram menos ineficientes do que as fibras de aço no que diz respeito à resistência ao punçoamento;

Com base nos resultados obtidos e em outros estudos, os autores sugeriram uma expressão que permite o cálculo do aumento de resistência ao punçoamento promovido pela presença de fibras de aço.

(3) Hallgren

Hallgren [122] estudou o efeito de betões com resistências à compressão na ordem dos 90 MPa a 100 MPa no comportamento ao punçoamento, em termos de deformações e de capacidade de carga. Para isso, ensaiou dez lajes com betão de alta resistência, com e sem armadura transversal, lajes estas iguais a outras lajes de dimensões iguais com betão normal, ensaiadas anteriormente. Os ensaios mostraram que a armadura longitudinal é mais eficiente no caso de lajes com BAR (betão de alta resistência). Comparando os resultados obtidos nos ensaios, com os calculados a partir de métodos de cálculo usuais, verificou que será necessário fazer alterações a esses métodos para as adaptar ao caso de lajes com BAR. Algumas das lajes foram simuladas numericamente usando um programa de

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elementos finitos simulando comportamento não linear, que mostraram que a fragilidade dos BAR reduz a taxa de aumento da resistência ao punçoamento com o aumento da resistência do betão. Propôs um novo modelo de comportamento ao punçoamento, que depende da fragilidade do betão e da profundidade da zona de compressão da laje. Este modelo funciona tanto para BAR como para betão normal e prevê correctamente o efeito escala na resistência ao punçoamento das lajes.

(4) Azevedo e Hanai

Azevedo [22] e Azevedo e Hanai [23] estudaram o comportamento ao punçoamento de lajes com betões de alta resistência, com e sem adição de fibras, e com presença ou não de armadura transversal de punçoamento, concluindo o seguinte: nos modelos sem armadura transversal, a adição de fibras é mais eficiente nos betões de alta resistência (BAR) do que nos betões normais. O aumento percentual da resistência ao punçoamento é maior nas lajes com BAR (59% para 1.50% de fibras) do que nos betões normais – (26% para 1.50% de fibras), assim como observado por Vargas [275]; para 0.75% de fibras e BAR, o acréscimo da resistência ao punçoamento é percentualmente maior nos modelos com armadura de punçoamento (38%) do que nos modelos sem essa armadura (11%), enquanto para os modelos com 1.50% de fibras, este acréscimo permaneceu na mesma proporção; em todos os casos, ou seja, betão normal ou de alta resistência, com e sem armadura transversal, observa-se que a carga de ruptura cresce com o volume de fibras, indicando que ao adicionar maiores quantidades de fibras, haverá um acréscimo da capacidade resistente das lajes.

As fibras, interferem na ductilidade da ligação pilar-laje, podendo alterar a rotura de punçoamento para uma rotura combinada punçoamento-flexão, no caso do betão normal com armadura transversal, e para flexão no caso de betão de alta resistência com armadura transversal. Com base nas análises da capacidade resistente e da ductilidade, observa-se que a presença da armadura transversal e o valor da resistência à compressão do betão interferem na carga última obtida em cada ligação laje-pilar, enquanto a presença das fibras interfere substancialmente na ductilidade deste. Ao aplicar BAR, armadura transversal e 1.50% de fibras, o modelo torna-se mais resistente e mais dúctil.

Azevedo [22] e Azevedo e Hanai [23] propuseram uma expressão que permite determinar a carga de rotura por punçoamento em função do volume de fibras para as lajes sem armadura transversal, mas válida apenas para o tipo e geometria das fibras estudadas.

(5) Lee et al.

Lee et al. [178] estudaram a influência da concentração de armadura longitudinal de lajes, o uso de betão de alta resistência e também o uso de betão de alta resistência com fibras na zona dos pilares. Desta forma ensaiaram onze lajes com diferentes configurações.

Os autores concluíram que a concentração de armaduras na zona dos pilares resulta numa maior resistência ao punçoamento, uma maior rigidez pós fendilhação, uma maior uniformização na distribuição de extensões na armadura longitudinal superior e menores aberturas de fissuras em serviço, quando comparado com os modelos com uma distribuição uniforme de armaduras. A utilização de betão com fibras, com 0.5% de fibras por volume, melhora significativamente o comportamento da ligação laje/pilar, originando um aumento da resistência ao punçoamento, uma maior rigidez pós fendilhação, um aumento da ductilidade e menores aberturas de fendas. A adição de fibras, assim como a concentração de armaduras, provocaram um aumento da superfície de rotura por punçoamento. Apesar de se ter usado a mesma percentagem em volume de fibras, no caso de se usar betão de alta resistência, o nível de ductilidade foi menor que no caso de betões normais.