Reforço Estrutural VL Mar2011

Texto

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

1 Válter Lúcio

Válter Lúcio

Dep

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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

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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

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• Causas das anomalias estruturais:  erros de projectoconcepção,dimensionamento oupormenorização, 1. INTRODUÇÃO 4 4 ▫ pormenorização,  erros de execução,  cargas excessivas.

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• 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

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Rotura por punçoamento e colapso progressivo devido à acção sísmica

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

• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS  erros de projecto

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.

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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,

• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS  erros de projecto

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.

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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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• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS  erros de projectodimensionamento  Evitar esbeltezas elevadas 11 Esbeltezas elevadas originam: • deformações excessivas, • dificuldades na pormenorização das armaduras de flexão e • situações críticas na

resistência ao punçoamento deformação

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• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS  erros de projecto

dimensionamento e pormenorização

 Dimensionamento apropriado das armaduras de flexão

O 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

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Inspecção às armaduras de uma laje fungiforme nervurada armadura de flexão insuficiente 13 fendas radiais de flexão insuficiente

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• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS  erros de projecto

dimensionamento e pormenorização

 Dimensionamento apropriado das armaduras de punçoamento

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.

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• CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS  erros de execução

 Redução da espessura da laje definida em projecto.

 Utilização de betões com classe de resistência inferior à

15 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.

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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 não) com resinas

ou grouts;

Para além de conferirem a segurança aproriada à estrutura, 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 vidro colados à

superfície;

• laminados de fibras de carbono inseridos no recobrimento.

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Reforço com chapas de aço coladas e com buchas

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Preparação da superfície

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19 Reforço com laminados

de fibra de carbono colados

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20

20 Reforço com laminados

de fibra de carbono colados

Colagem do laminado

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•• SOLUÇÕES DE REFORÇOSOLUÇÕES DE REFORÇO

 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;

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 com fibras longas ou com mantas de aço;

 com fibras de basalto.

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 Com pré-esforço exterior:

• com cordões, fios ou barras de aço de alta resistência; • com laminados de fibras de carbono.

•• SOLUÇÕES DE REFORÇOSOLUÇÕES DE REFORÇO

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Consiste na introdução de forças na estrutura que provocam 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 com pré-esforço, é usado também, para melhorar o comportamento em serviço das estruturas, reduzindo a abertura das fendas e as deformações.

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

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR

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

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR desviadores Macaco de pré-esforço

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 Por alteração do sistema estrutural:

• redução parcial ou total da rigidez em zonas localizadas;

• libertação de apoios ou introdução de assentamentos diferenciais; • introdução de novos apoios e redução dos vãos;

• introdução de contraventamentos, paredes resistentes ou de •• SOLUÇÕES DE REFORÇOSOLUÇÕES DE REFORÇO

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• introdução de contraventamentos, paredes resistentes ou de

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REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL colocação de novos pilares metálicos

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REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL

- colocação de parede de apoio

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27 Nova parede

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

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2. SISTEMAS DE REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES

 Para reforço à flexão, ao punçoamento e/ou a deformações excessivas:

• 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.

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REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL

- colocação de novos pilares em betão

- e reforço com armaduras de momentos negativos

capitéis

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Novos pilares

capitéis

Espessamento da laje e introdução de armaduras para momentos negativos

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REFORÇO AO PUNÇOAMENTO (e dos pilares)

- encamisamento dos pilares

- colocação de capitéis em betão

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Novos capitéis Encamisamento dos pilares

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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

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Encamisamento dos pilares

em betão punçoamento

Novas armaduras para momentos negativos

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL –– 2010REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL 2010--20112011

O reforço por alteração do sistema estrutural é, por vezes, a solução mais eficiente face aos diversos condicionalismos do caso 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

33

33 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

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EXEMPLOS DE REFORÇO COM ESTRUTURA METÁLICA PRÉ EXEMPLOS DE REFORÇO COM ESTRUTURA METÁLICA PRÉ--ESFORÇADA

ESFORÇADA

 Instalações da VN Automóveis em Vendas

Novas

 Indústria de fabrico e montagem de

veículos pesados;

 O objectivo era ampliar a linha de

34

34

 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

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As instalações industriais são constituídas por duas naves principais, a

primeira destinada a uma linha de montagem de veículos automóveis e outra ao fabrico de peças.

A alteração da estrutura destinou-se ao prolongamento das linhas de montagem de automóveis nas duas naves.

INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS

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O objectivo era retirar a viga intermédia e os dois pilares interiores do pórtico. A forma encontrada foi desactivar os pilares a demolir, aliviando primeiramente os esforços a que estavam sujeitos, passando o efeito de suporte dos pilares de betão para uma nova estrutura metálica.

INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS

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SEQUÊNCIA DOS TRABALHOS SEQUÊNCIA DOS TRABALHOS

1. 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).

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37

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.

20.70 m

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Estrutura metálica montada 38 38 Pormenor da estrutura metálica

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

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Remoção dos pilares

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EDIFÍCIO DOS BOMBEIROS VOLUNTÁRIOS DA TRAFARIA EDIFÍCIO 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;

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 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.

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 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;

43

43

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, provocando 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;

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fenda

Fendas nas paredes de alvenaria

causadas por deformação excessiva da laje fungiforme. ANOMALIAS VISÍVEIS ANOMALIAS VISÍVEIS 44 44 fenda fenda

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Testemunhos em gesso mostravam que as fendas nas paredes de alvenaria

estavam activas.

ANOMALIAS VISÍVEIS ANOMALIAS VISÍVEIS

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 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 REFORÇO CONDICIONALISMOS AO REFORÇO 46 46 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).

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SOLUÇÃO DE REFORÇO SOLUÇÃO DE REFORÇO

 Reforço das fundações para sapatas contínuas;

 Construção de um sistema resistente ao sismo constituído por 4 paredes

resistentes em betão armado, desde as fundações até à cobertura;

 Execução de uma estrutura porticada, em aço, de apoio da laje, sem função

resistente para os sismos;

 Estes pórticos são afastados

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47

 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.

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SOLUÇÃO DE REFORÇO SOLUÇÃO DE REFORÇO

 Execução de uma estrutura porticada, em aço, de apoio das lajes;

 Estes pórticos suportam a laje a terços do vão, reduzindo 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 superior, as vigas de reforço

foram montadas por cima da laje de cobertura e a laje foi suspensa nestas por

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

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SOLUÇÃO DE REFORÇO SOLUÇÃO DE REFORÇO  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

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49

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.

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P Pserv . Pcr PR MONITORIZAÇÃO DA APLICAÇÃO MONITORIZAÇÃO DA APLICAÇÃO DO PRÉ DO 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

armado armado

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

50 50 Pcr P a Pserv . t 0 a a R 1 a 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

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Estrutura metálica no piso térreo

A estrutura metálica foi montada sobre plintos de betão para reduzir os danos de eventuais impactos dos veículos. 51 51 Sistema de aplicação do pré-esforço no tecto do piso térreo Por aperto de porcas

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Vigas metálicas na cobertura 52 52 Sistema de aplicação do pré-esforço da laje da cobertura

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Paredes resistentes em betão armado

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Reparação das fendas nas paredes de

alvenaria

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Pilar metálico revestido com gesso cartonado por razões estéticas e para protecção ao fogo

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Pórticos metálicos no piso térreo Espaço livre para

estacionamento

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Vista dos pórticos metálicos no

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3. INVESTIGAÇÃO EM CURSO NA FCT/UNL

 Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-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;

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• 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;

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 Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas

- Em 1994, Prof. Pinho Ramos estudou o reforço de lajes

com parafusos pós-instalados.

Foram ensaiadas de lajes com apenas um perímetro de

57

com apenas um perímetro de parafusos.

Com este sistema obtiveram-se

incrementos de resistência entre 9% e 13%.

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 Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas

- 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

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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.

59

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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

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MODOS DE ROTURA

ID2:

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

ID3:

rotura com intersecção das

61 Faces superior e inferior dos modelos

ID2 e ID3 após rotura por punçoamento

rotura com intersecção das duas camadas de parafusos.

ID3 ID3

ID2 ID2

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

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ID4:

rotura exterior aos parafusos.

ID5:

rotura com intersecção dos parafusos.

MODOS DE ROTURA

62 Faces superior e inferior dos modelos

ID4 e ID5 após rotura por punçoamento

ID5 ID5

ID4 ID4

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

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- 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 pós-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.

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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 armaduras específicas; VRm,2b – Valor médio do esforço resistente ao punçoamento com armaduras específicas (com limitação da tensão do aço dos parafusos); VRm,3 - Valor médio do esforço resistente ao punçoamento

considerando 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

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 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 pós-instaladas CONCLUSÕES

65

 Pode ser usado o EC2 para estimar a resistência deste sistema de reforço;  A redução de resistência devido ao carregamento cíclico aplicado nos

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 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 alta resistência e o betão.

66

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

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 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.

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DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE PRÉ

DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE PRÉ--ESFORÇO COM ANCORAGENS POR ADERÊNCIAESFORÇO COM ANCORAGENS POR ADERÊNCIA Sistema de pós-tensão com ancoragens por aderência para estruturas de betão – PAT 103 785 –

pedido de patente Nacional INPI – Instituto Nacional de Protecção Industrial em 12/07/2007. O sistema consiste na instalação de pré-esforço com ancoragens realizadas por aderência entre o aço de pré-esforço e o betão. O sistema consta da furação da peça de betão e instalação do aço dentro dos furos. O aço é então tensionado com a ajuda de ancoragens provisórias. Os furos são selados e injectados com um agente de aderência. Após a cura do agente de aderência o pré-esforço é libertado nas ancoragens provisórias e transferido por aderência para o betão nas zonas de ancoragem. Esta força é transferida por tensões de aderência entre o aço, o agente de aderência e o betão adjacente ao furo. O sistema consta, assim, de um pré-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 ser usado no reforço de estruturas existentes e na ligação entre elementos de estruturas novas.

(b) instalação de cordões de aço de alta resistência

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(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

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 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 SISTEMA VANTAGENS DO SISTEMA

DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DESENVOLVIMENTO 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;

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ENSAIOS DE “

ENSAIOS DE “PULLPULL--OUTOUT””

Célula de Carga Cunhas

MECANISMO DE ADERÊNCIA MECANISMO 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

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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

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Resinas HILTI 5 10 15 20 25 T e n s ã o A d e n c ia C1-B4-20-070508-A C1-B4-10-070508-A C2-B4-10-070508-A ENSAIOS DE “

ENSAIOS DE “PULLPULL--OUTOUT””

73 0 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 (m m) T e n s ã o A d e n c ia ( M P 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 “

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MODELOS DE LAJE FUNGIFORME MODELOS 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 pré

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

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

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Rotura por punçoamento de uma laje Rotura por punçoamento de uma laje reforçada com pré

reforçada com pré--esforço pós instalado.esforço pós instalado.

77

Comportamento pós

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

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RESULTADOS DOS ENSAIOS DAS LAJES RESULTADOS 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 - Vdesv

Vexp – força de rotura obtida nos ensaios experimentais

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

78 0.10 L1 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 0.12 L4 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

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CONCLUSÕES CONCLUSÕES

 Os ensaios de aderência mostraram que, para efeitos de dimensionamento dos comprimentos de transferência do pré

comprimentos 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;

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 REFORÇO DE LIGAÇÕES VIGA-PILAR PARA ACÇÕES SISMICAS

tema de doutoramento da Engª. Ana Rita Gião

sob orientação de Válter Lúcio e de Carlos Chastre Rodrigues.

80

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Forças equivalentes à acção sísmica

Momentos devidos à acção sísmica

ZONAS CRÍTICAS ZONAS CRÍTICAS

81

Os maiores momentos flectores surgem nas extremidades dos pilares e

das vigas.

Zonas críticas – onde se podem formar rótulas plásticas devido à acção sísmica

Rótulas plásticas nas extremidades

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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

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RESISTÊNCIA / RIGIDEZ / DUCTILIDADE

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

+ Resistência

83 = Dissipação de energia

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O B J E C T IV O S

LIGAÇÃO VIGA-PILAR EM BETÃO ARMADO DE ALTO DESEMPENHO SÍSMICO

ESTUDO DO COMPORTAMENTO REFORÇO COM CORDÕES DE PRÉ-ESFORÇO NÃO-ADERENTES REFORÇO PRÉ-ESFORÇO E

ENCAMISAMENTO NA ZONA COMPRIMIDA COM COMPÓSITO CIMENTÍCEO

REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO

OBJECTIVOS OBJECTIVOS 84 84 O B J E C T IV O S 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

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DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO Acumulação de deformação positiva! MODO DE ROTURA MODELO EXPERIMENTAL VR1

MODELO EXPERIMENTAL VR1 –– RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS

85 85 Encurvadura das armaduras long. inferiores Rotura do varão da armadura long. inferior Destacamento do recobrimento 6dy+ 3dy

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Acumulação de deformação negativa (no sentido da

deformação provocada pelas cargas gravíticas)

Fg

MODELO EXPERIMENTAL VR2

MODELO EXPERIMENTAL VR2 –– RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO MODO DE ROTURA

86

86

Armadura longitudinal inferior mantém-se com comportamento

elástico cargas gravíticas) Encurvadura progressiva da armadura longitudinal inferior Degradação gradual da zona comprimida

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MODELO EXPERIMENTAL VPE

MODELO EXPERIMENTAL VPE –– RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO MODO DE ROTURA

87

87

Encurvadura progressiva da armadura longitudinal inferior Degradação gradual da zona

comprimida

Destacamento do recobrimento

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MODELO EXPERIMENTAL VPEE – RESULTADOS EXPERIMENTAIS

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO MODO DE ROTURA 88 88 Destacamento do encamisamento Rotura do encamisamento por tracção

REDUÇÃO DOS DANOS E ENCURVADURA DOS VARÕES

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CONCLUSÕES CONCLUSÕES

89

89

 Retardar a encurvadura dos varões comprimidos  Minimizar os danos

 Minimizar as deformações residuais

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Referências

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