SISTEMAS DE REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES
DUARTE FARIA Aluno Doutoramento DEC – FCT Universidade Nova Lisboa - Portugal VÁLTER LÚCIO Professor Associado DEC – FCT Universidade Nova Lisboa - Portugal ANTÓNIO RAMOS Professor Auxiliar DEC – FCT - UNIC Universidade Nova Lisboa - PortugalResumo
A adopção de lajes fungiformes em edifícios é uma solução comum devido a ser um sistema económico, de fácil construção e rápido. Um dos maiores inconvenientes deste sistema tem a ver com a existência de uma elevada concentração de tensões na zona de ligação laje-pilar. Devido uso generalizado deste tipo de laje, surgiu também a necessidade de se estudarem métodos/sistemas de reforço adequados. Neste trabalho apresentam-se de uma forma geral, os vários sistemas de reforço de lajes fungiformes, indicando vantagens e desvantagens. Descrevem-se em maior detalhe aqueles sistemas que têm sido estudados e desenvolvidos na FCT/UNL, incluindo resultados experimentais. Estes sistemas são o do reforço de lajes com introdução de armaduras verticais e o reforço de lajes recorrendo a pós-tensão com ancoragens por aderência.
Palvaras Chave
Reforço, Fungiformes, Lajes, Investigação, Experimentação
1 Introdução
As lajes fungiformes são lajes que apoiam directamente em pilares e apresentam várias vantagens das quais se destacam: permitem opções arquitectónicas mais arrojadas, grande versatilidade na ocupação dos espaços interiores, maior facilidade na execução das instalações técnicas e simplicidade e rapidez na construção. Com a vulgarização deste sistema estrutural, maior é o número de estruturas em que podem surgir problemas e em que seja necessário proceder a operações de reparação e reforço.
Estes reforços têm por objectivo solucionar determinados problemas causados por uma ou várias das seguintes razões:
cálculo e pormenorização, e a erros de colocação de armaduras, emendas incorrectas e a má qualidade dos materiais;
Alteração de uso da estrutura que implique suportar cargas superiores às previstas no projecto original ou em casos em que a distribuição destas seja totalmente distinta das inicialmente consideradas.
Causas acidentais que diminuam a capacidade resistente do conjunto da estrutura ou de alguns elementos constituintes da mesma (como cargas não previstas, choques, sismos, incêndios, etc.);
Degradação dos materiais (corrosão das armaduras ou deterioração do betão).
2 Rotura Por Punçoamento
Um dos maiores inconvenientes deste sistema tem a ver com a existência de uma elevada concentração de tensões na zona de ligação laje-pilar. Um dos principais problemas que podem surgir neste tipo de estrutura é a ocorrência de uma rotura por punçoamento. Neste fenómeno o pilar “fura” a laje, tratando-se um mecanismo de colapso local do tipo frágil (Fig. 1).
Fig. 1 Rotura por punçoamento
Quando ocorre a rotura por punçoamento num dos pilares, dá-se um aumento da solicitação dos restantes pilares, podendo este incremento de esforços levar à rotura por punçoamento junto a estes. Este fenómeno pode originar um colapso progressivo parcial ou total da estrutura (Fig. 2).
Fig. 2 Esquema de desenvolvimento de um colapso progressivo total
cone de punçoamento ângulo que varia entre 30º
Este tipo de fenómeno foi já registado em diversos acidentes tais como os que se podem visualizar na Fig. 3. Em grande parte dos casos o colapso está relacionado com deficiências construtivas de cálculo e construtivas.
Fig. 3 (a) St. Laurent, Canadá, 2008 (b) Seoul, Coreia do Sul, 1995 (c) e (d) Wolverhampton, Reino Unido, 1997 (e) Gretzenbach, Suíça, 2004 (f) Sesimbra, Portugal (2003)
3 Sistemas de Reforço
3.1 Introdução
Os principais sistemas de reforço são o reforço por aumento de secção e/ou colocação de novas armaduras, por substituição de betão por colagem/ancoragem de chapas metálicas e FRP, por introdução novos elementos, através da construção de capitéis em betão ou metálicos, através da introdução de novas armaduras transversais e através de pré-esforço. De seguida expõem-se os conceitos básicos de cada um destes sistemas.
(a)
(b)
(c) (d)
3.2 Sistemas de Reforço de Lajes Fungiformes
3.2.1 Aumento de secção e/ou colocação de novas armaduras
São frequentes as situações em que há necessidade de aumentar a armadura existente com o objectivo de aumentar a resistência, nomeadamente à flexão, e controlar a abertura de fendas. O reforço de armaduras pode ser conseguido pela adição de armadura na secção existente ou numa secção acrescentada à existente (Fig. 4).
Fig. 4 Reforço por aumento de secção e/ou colocação de novas armaduras
Um aspecto muito importante, em qualquer caso, é que a interacção entre o betão novo e o betão existente é necessária para que as partes estruturais, compostas por diferentes betões, se comportem de forma monolítica, tal como se fossem uma só peça. As vantagens desta técnica são: sistema de reforço possivelmente mais económico; execução relativamente rápida e fácil; recorre a materiais correntes na construção civil. Como desvantagens apontam-se as seguintes: necessidade de esperar que o material usado para selar as armaduras adquira a resistência necessária para entrar em funcionamento; produz ruído e poeiras durante a execução dos sulcos; caso se opte pelo aumento de secção original, origina, aumenta o peso da laje, aumentando os esforços nas vigas e pilares de suporte e as forças nas fundações; deverá ter-se cuidado com as diferentes características dos materiais, nomeadamente no que diz respeito à retracção; é recomendável descarregar o mais possível a estrutura, o que pode complicar toda a operação.
3.2.2 Substituição do betão
Este método consiste basicamente na substituição do betão danificado por um betão novo (Fig. 5). 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 uso ou outras. A eficácia desta solução dependerá da ligação entre o betão novo e o existente, do material escolhido, do modo de aplicação do material e da cura. A utilização de betões de alto desempenho constitui uma alternativa de grande interesse, principalmente no que diz respeito ao uso de altas resistências. No entanto, o uso de altas resistências, pode prejudicar o mecanismo de interbloqueamento de inertes, visto estes betões apresentarem superfícies lisas que cortam os agregados, ao contrário dos betões normais, em que as superfícies são ásperas e irregulares, contornando os agregados de maior dimensão, mais resistentes que a argamassa. Outro aspecto será a adição de fibras de
aço ao betão. A introdução de fibras melhora as características de ductilidade, a resistência ao impacto e à fadiga, controlo de fissuração, tornando a rotura menos frágil. Além de permitir uma melhor distribuição da fissuração, as fibras melhoram a aderência do betão com a armadura ordinária, inibindo a abertura de fissuras na zona de transmissão de forças por aderência.
Fig. 5 Reforço por substituição do betão
3.2.3 Introdução de novos elementos
Os esforços nos elementos podem ser alterados através da imposição de deslocamentos relativos entre apoios ou pela introdução de novos apoios intermédios. É importante notar que o alívio de algumas secções ou elementos de uma estrutura pode aumentar os efeitos das acções noutros elementos, podendo ser necessário proceder ao seu reforço. Outro aspecto importante é o tempo: o deslocamento relativo dos apoios, a retracção e a fluência da estrutura existente em relação aos novos elementos vão influenciar a distribuição dos efeitos das acções na estrutura (Fig. 6). Para o efeito, podem ser adicionadas vigas metálicas ou em betão armado como “corta vãos”, introdução de novos pilares, ou a criação de rótulas e/ou juntas. A adição de elementos estruturais pode ser usada para rigidificar zonas da estrutura, ou para reduzir esforços em partes da estrutura encaminhando as cargas para estes novos elementos estruturais. Podem também ser acoplados à estrutura existente, aparelhos especiais de dissipação da energia sísmica. Por alteração das ligações entre diferentes corpos da mesma estrutura, eliminando juntas estruturais existentes ou criando novas juntas, é possível alterar a deformabilidade da estrutura ou a distribuição dos esforços internos.
Fig. 6 Reforço por introdução de novos elementos
Co fr agem Material de Enchime nto
Elementos Metálicos
Novos pilares
A principal vantagem desta técnica é a sua rapidez enquanto que as desvantagens são a da necessidade de existência de espaço para colocação dos novos elementos, tem uma aplicação limitada, pois pode haver falta de armadura onde se faz a alteração estrutural e requer uma avaliação adequada dos esforços resultantes dos efeitos de fluência e retracção.
3.2.4 Chapas metálicas e FRP colados/ancorados
A técnica de reforço recorrendo a elementos metálicos (Fig. 7) é empregue há muito tempo e provavelmente até é uma das técnicas de reforço mais antigas, principalmente devido à sua simplicidade e eficiência. A utilização de elementos metálicos, relativamente a outros materiais, como os FRP (Fibre Reinforced Polymers), 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
Fig. 7 Reforço por colagem de chapas metálicas ou FRP
estes materiais não possuem ductilidade comparável à dos aços e a sua fragilidade pode limitar o comportamento dúctil de elementos de betão armado reforçados com FRP;
comportamento frágil de compósitos de FRP implica que a redistribuição de esforços num determinado elemento é limitada.
Relativamente a esta técnica quando usada com FRP podem-se referir as seguintes vantagens: não altera significativamente a geometria das peças e adapta-se bem às peças devido à sua maleabilidade; é pouco poluente; rápido; não necessitam de emendas; são resistentes à corrosão; boa relação peso/resistência mecânica; bom comportamento à fadiga; podem ser facilmente aplicadas em lajes bidireccionais. Como desvantagens: caro; exige uma cuidadosa preparação do substrato; solicita a camada de betão entre a armadura existente e as fibras com elevadas tensões de corte; é sensível ao calor e aos raios UV dado o uso de adesivos; falta de ductilidade; não tem capacidade de limitação de deformações, relativamente às chapas de aço.
3.2.5 Capitéis metálicos e em betão
Com este método pode-se melhorar tanto o comportamento ao punçoamento como o comportamento à flexão. O capitel permite aumentar a altura útil na zona de punçoamento, promovendo o aumento da resistência da laje (Fig. 8). Do lado direito desta figura mostra-se a execução de um capitel em betão de forma circular.
Cofragem Material de Enchimento
Fig. 8 Reforço com capitel em betão
Relativamente ao uso de capitéis metálicos, esta solução pode ser usada se não se pretende um aumento muito grande da espessura da laje, nem grandes trabalhos de demolição. Consiste na colocação de chapas ou perfis metálicos na zona inferior da laje, junto ao pilar. O objectivo da colocação destas chapas será aumentar o perímetro de punçoamento (Fig. 9).
Chapas de reforço
Fig. 9 Reforço com capitel metálico
3.2.6 Introdução de novas armaduras transversais
Esta técnica usa varões transversais à laje, que podem ou não ser pré-esforçados, com o objectivo de evitar ou retardar a rotação e o alargamento da fenda inclinada necessária para formar a superfície de rotura, podendo resultar um considerável incremento da resistência ao punçoamento de uma laje, acompanhada por um acréscimo de ductilidade da ligação pilar-laje. Esta técnica usa-se quando o betão existente é de boa qualidade e não existem armaduras de punçoamento, ou caso existam, sejam inferiores às necessárias (Fig. 10).
Fig. 10 Reforço por introdução de novas armaduras transversais
Assim sendo, o método de reforço ao punçoamento de lajes fungiformes utilizando novos varões transversais é, por várias razões, uma intervenção de grande eficiência, destacando-se a fácil intervenção, o baixo custo, a rapidez de execução e ainda o baixo impacto estético. As armaduras podem ser verticais ou inclinadas e podem ser seladas com um agente de aderência.
3.2.7 Introdução de pré-esforço
O pré-esforço pode ser definido como uma técnica que consiste na introdução de forças num elemento de uma estrutura que provoca, em geral, esforços de sinal contrário aos produzidos pelas acções aplicadas, com o objectivo de melhorar o seu comportamento e capacidade resistente. Assim, é por excelência uma técnica de reforço activo, ao contrário de todas as outras, denominadas de passivas. Como o próprio nome indica, são reforços activos, pois funcionam para a totalidade das acções que actuam na estrutura, incluindo as que actuam sobre a mesma na fase de aplicação do reforço. Além de aumentar a capacidade de carga, o reforço com pré-esforço, é usado também, para melhorar o comportamento em serviço das estruturas, reduzindo, fechando, retardando ou prevenindo o aparecimento de fissuras e reduzindo as deformações. Permite a escolha do traçado que melhor se adapta ao tipo de carregamento em causa (Fig. 11).
Fig. 11 Reforço por introdução de pré-esforço
vida útil da estrutura. Como desvantagens podem-se indicar as seguintes: produz esforços horizontais que a estrutura pode não ter capacidade para absorver; necessita espaço para colocar ancoragens e desviadores; pode afectar esteticamente a estrutura; necessita pessoal especializado; é susceptível à corrosão, ao vandalismo e ao fogo; é necessário ter em conta que ao aplicar forças concentradas num elemento existente, poderá ser necessário recorrer a outras medidas de reforço para solucionar problemas locais.
Na Fig. 12 apresenta-se a título de exemplo um caso de reforço de uma laje de um estacionamento recorrendo a pré-esforço.
Fig. 12 a) Marcação do posicionamento do cordão após utilização de raios-X, (b) furação de um elemento existente, (c) cordões destensionados, (d) estado final do reforço, (e) operação de tensionamento, (f)
pormenor do macaco hidráulico, (g) ancoragem num pilar e (h) pormenor de uma ancoragem com protecção galvanizada [1]
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
4 Investigação sobre Reforço de Lajes Fungiformes ao
Punçoamento no DEC/FCT/UNL
4.1 Introdução
A investigação relacionada com o reforço de lajes fungiformes ao punçoamento foi iniciada no trabalho de mestrado [2] do Prof. António Ramos, orientado pelo Prof. Válter Lúcio no IST/UTL em 1995. Desde aí, e já na FCT/UNL, esta investigação teve desenvolvimentos em vários trabalhos de mestrado orientados pelo Prof. António Ramos que se referem de seguida:
Inácio Duarte (2008) – Comportamento ao Punçoamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos [3];
Marta Luís (2010) – Punçoamento Cíclico de Lajes Fungiformes Reforçadas com Pré-Esforço Transversal [4];
Micael Inácio (2010) - Comportamento ao Punçoamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos – Efeito da Área e Posicionamento da Ancoragem [5];
Jorge Gomes (2011) - Efeito da Aderência na Resistência ao Punçoamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos Transversais [6].
Estes trabalhos e as suas principais conclusões são brevemente descritas na secção 4.2.
Recentemente foi também concebido e estudado um novo sistema de reforço de lajes recorrendo a pós-tensão com ancoragens por aderência que será descrito na secção 4.3. Este trabalho foi estudado e desenvolvido no âmbito da tese de doutoramento do Eng.º Duarte Faria sob orientação dos Professor Válter Lúcio e do Professor António Ramos.
4.2 Introdução de Armaduras Transversais 4.2.1 Ramos [2]
Fig. 13 Reforço por introdução de armaduras transversais, Ramos [2]
4.2.2 Inácio Duarte [3]
Foram ensaiados cinco modelos de laje fungiforme com dimensões em planta de 1800x1800 mm2 e espessura de 120 mm, sendo uma das lajes a de referência (ID1), e as restantes quatro (ID2 a ID5) reforçadas com dezasseis parafusos transversais, obtidos de varões roscados, dispostos em duas camadas de oito em torno do pilar (Fig. 14). As variáveis deste trabalho experimental foram a área transversal de armadura de reforço e o pré-esforço inicial aplicado aos parafusos.
Fig. 14 Reforço por introdução de armaduras transversais, Inácio Duarte [3]
Os modelos ID2 a ID5, numa primeira fase, foram carregadas, por intermédio de um macaco hidráulico, até se atingir uma força correspondente a cerca de 60 % da carga de rotura do modelo ID1. Após ter sido atingida esta carga efectuou-se a descarga das lajes e as operações de reparação. Na segunda fase foram colocados os parafusos transversais de reforço e ancorados às faces inferior e superior com placas de aço de dimensões 150x50 mm2 e espessura de 5 mm (Fig. 14). Nesta fase os modelos foram carregados até à rotura.
4.2.3 Marta Luís [4]
Foram ensaiados dois modelos de laje fungiforme em tudo idênticos aos modelos de Inácio Duarte [3]. Os modelos, numa primeira fase, foram carregados por intermédio de um macaco hidráulico, até se atingir uma força correspondente a cerca de 60 % da carga de rotura do modelo referência. Após ter sido atingida esta carga efectuou-se a descarga das lajes e as operações de reparação. Nesta fase os modelos foram carregados até à rotura através de um carregamento cíclico (Fig. 15).
Com base nos resultados experimentais concluiu-se que o incremento de resistência foi em média de 20% nos modelos reforçados com parafusos de 6 mm e de cerca de 32% nos reforçados com parafusos de 8 mm e que não houve uma alteração significativa de cargas de rotura entre os ensaios monotónicos e os cíclicos.
Fig. 15 Desenvolvimento do carregamento cíclico, Marta Luís [4]
4.2.4 Micael Inácio [5]
Neste trabalho foram ensaiados quatro modelos de laje fungiformes, que tinham como principal objectivo verificar as alterações provocadas no comportamento ao punçoamento devido à alteração da área e posicionamento da ancoragem (Fig. 16).
Fig. 16 Ensaios de Micael Inácio [5]
Os resultados experimentais permitiram concluir que a diminuição da área de ancoragem não provocou perda de capacidade resistente e que a utilização de chapas de ancoragem de pequenas dimensões embutidas na espessura da laje originou uma ligeira perda de eficácia do sistema de reforço.
4.2.5 Jorge Gomes [6]
Neste trabalho foram ensaiados dois modelos de laje fungiformes, que tinham como principal objectivo verificar as alterações de comportamento, modo de rotura e carga última experimental entre ensaios monotónicos aderentes e não aderentes (Fig. 17).
Fig. 17 Ensaios de Jorge Gomes [6]
As principais conclusões foram que ocorreram incrementos de resistência substanciais nos modelos reforçados, especialmente com ligação do tipo aderente:
variou de 15% (M6) a 32% (M8) (não aderente); variou de 37% (M8b) a 42% (M6b) (aderente);
a existência de aderência entre os parafusos de reforço e a laje, contribui para um melhor desempenho desta solução.
4.3 Novo sistema de reforço de lajes usando pré-esforço com ancoragens por aderência [7,8]
Este sistema para reforço de lajes de betão armado recorrendo a pré-esforço pretende ser uma evolução do sistema de reforço com pré-esforço tradicional. A escolha deste tipo de reforço justifica-se pelo seu carácter activo, uma vez que funciona não só para as cargas aplicadas após a execução do reforço, mas também para as cargas já instaladas na estrutura. A utilização do pré-esforço, com o intuito de reforçar estruturas ou elementos estruturais, permite a execução do reforço sem que seja necessário descarregar a estrutura durante os trabalhos, evitando a interrupção da utilização da estrutura. Pelo contrário, com os outros métodos de reforço, é necessário reduzir as cargas o máximo possível uma vez que os elementos de reforço só são mobilizados para as cargas que solicitam a estrutura após conclusão do mesmo, ou seja, necessitam de novas deformações para que o reforço entre em carga. Como geralmente o efeito do pré-esforço é de sinal contrário ao efeito das acções, este contribui para a redução dos esforços e níveis de tensões a que a mesma está sujeita, tanto em termos de flexão como de corte. Da mesma forma, reduz a abertura de fendas e as deformações existentes.
Relativamente ao sistema de reforço proposto, pode-se afirmar que possibilita a eliminação de algumas das desvantagens mencionadas anteriormente do sistema tradicional de reforço com pré-esforço. No sistema proposto os cordões são introduzidos em furos executados na laje, colocando sobre esta desviadores que promovem a curvatura dos cordões. Estes cordões são de seguida tensionados recorrendo a elementos provisórios. Após esta operação, o espaço entre os cordões e as paredes dos furos é injectado com um agente de aderência e após cura deste, os cordões são destensionados e a força instalada é transmitida por aderência ao elemento a reforçar. Na Fig. 18 observa-se o aspecto final do reforço aplicado a uma laje, e indicam-se os ponto de aplicação das forças de desvio e das forças horizontais devidas ao pré-esforço.
Fig. 18 Aspecto final de uma laje reforçada [7,8]
A inexistência de ancoragens permanentes, tornando o sistema mais económico e esteticamente menos intrusivo, e o facto de a força na ancoragem ser distribuída ao longo do comprimento de transmissão do pré-esforço, não introduzindo elevadas concentrações de tensões, são as suas principais vantagens relativamente ao sistema tradicional. Neste caso, os cordões ficam protegidos contra a corrosão e o vandalismo, uma vez que ficam embebidos na laje e na betonilha de enchimento do pavimento.
4.3.1 Processo Construtivo
De seguida descreve-se o processo construtivo do sistema: 1-Furação da laje e limpeza dos furos (Fig. 19)
A primeira tarefa a ser realizada é a da furação da laje. Para o correcto funcionamento do sistema é fundamental que os furos fiquem correctamente posicionados na laje e com a inclinação prevista. Para obter a inclinação desejada foi concebido um dispositivo metálico, que consiste num tubo, com diâmetro interior superior ao diâmetro da broca, soldado a uma chapa, com a inclinação pretendida. A chapa é fixa à face superior da laje por intermédio de buchas para evitar que esta se desvie da posição durante a furação. Após a furação o furo deve ser convenientemente limpo de poeiras por intermédio de sopradores manuais e/ou mecânicos, recorrendo também a uma escova de aço, de acordo com as recomendações do fabricante do agente de aderência.
Fig. 19 1ª Etapa do processo construtivo
LAJE BETÃO ARMADO DESVIADOR CORDÃO DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA
PILAR
ENCHIMENTO LAJE BETÃO ARMADO
DESVIADOR CORDÃO DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA
PILAR ENCHIMENTO furos na laje de betão laje pilar ( )
dispositivo guia para furação da laje perfurador
2-Montagem dos desviadores e dos cordões de aço de alta resistência (Fig. 20)
Os cordões são introduzidos a partir de um dos lados, a partir da face inferior da laje, passam sobre um desviador na face superior da mesma junto ao pilar e atravessam a laje no furo oposto ao da entrada. O interior do desviador deverá ser liso, por forma a evitar danos no cordão e a garantir um atrito reduzido, e a sua base deverá ficar apoiada na face superior da laje, recorrendo a uma argamassa de assentamento, para garantir uma correcta distribuição das tensões na laje. Deve ser dada atenção especial, à limpeza dos cordões, uma vez que estes não deverão apresentar na sua superfície impurezas, óleos ou vestígios de ferrugem, que possam prejudicar a aderência, devendo ser limpos recorrendo a uma escova de aço.
Fig. 20 2ª Etapa do processo construtivo
3-Tensionamento dos cordões (Fig. 21)
Para a aplicação do pré-esforço recorre-se à utilização de acessórios provisórios, que são, basicamente, constituídos por uma escora, dois actuadores e ancoragens nas extremidades de cada um dos cordões. Na escora são fixos, em cada uma das extremidades, actuadores mecânicos manuais e ancoragens provisórias, com os quais são tensionados os cordões.
Fig. 21 3ª Etapa do processo construtivo
cela de desvio aço de alta
resistência extremidade pa ra aplicação do pré-esforço laje pilar ) desviadores
)
desviadores
actuador para aplicação do pré-esforço
pilar
laje
acessório para aplicação do pré-esforço (escora) ancoragem provisória
escoras
actuador mecânico tipo B
tubos para injecção
purga do agente de aderência
destensionamento dos cordões
(a)
4-Injecção com agente de aderência (Fig. 22)
Para a injecção do agente de aderência é usado um tubo de PVC de pequeno diâmetro, introduzido previamente no furo e posicionado entre o cordão e a parede do furo. Após a sua introdução, a entrada do furo é selada usando betume de pedra ou outro material com características semelhantes, para evitar o refluxo do agente de aderência. A injecção dos furos com o agente de aderência deverá ser feita de baixo para cima, até que o agente de aderência saia pela extremidade superior do furo. Desta forma evitam-se vazios no interior do furo ao longo do comprimento de selagem do cordão.
Fig. 22 4ª Etapa do processo construtivo 5-transmissão da força de pré-esforço (Fig. 23)
Após a cura do agente de aderência, libertam-se as ancoragens provisórias pela ordem inversa ao do tensionamento dos cordões, e retiram-se todos os acessórios. Posteriormente, as extremidades dos cordões são cortadas à face da laje.
Fig. 23 5ª Etapa do processo construtivo
pilar
laje
injecção com agente de aderência selagem das
extremidades dos furos
comprimen
to de transmissã o
corte e protecção das extremidades dos aços de
pré-esforço
laje pilar
4.3.2 Investigação Experimental
Foram ensaiados sete modelos experimentais de lajes fungiformes com 2300x2300 mm2 em planta e com espessuras de 100 mm e 120 mm. O pilar central foi simulado por uma placa de aço com dimensões de 200x200 mm2 e 50 mm de espessura (Fig. 24).
Fig. 24 Geometria dos modelos ensaiados
Em todos os modelos foi atingida uma rotura por punçoamento, caracterizada por ser de carácter repentino. Na Fig. 25 pode-se observar o aspecto das lajes após rotura por punçoamento.
Fig. 25 Aspecto da rotura por punçoamento
Com base nos resultados experimentais concluiu-se que o sistema proposto permitiu reduzir as deformações até cerca de 70% e diminuir as extensões nas armaduras longitudinais superiores até cerca de 80%. Verificou-se um aumento médio da capacidade de carga ao punçoamento de 40% para os modelos com 100 mm de espessura e de 51% para os modelos com 120 mm de espessura, relativamente aos seus modelos de referência, DF1 e DF4, respectivamente. Assim, é possível afirmar que o sistema desempenha o papel que lhe é exigido, uma vez que permite melhorar consideravelmente o comportamento em serviço, além de que permite uma melhoria da capacidade resistente. Na Fig. 26 compara-se o comportamento de uma laje não reforçada com uma laje reforçada. Verifica-se que no instante de aplicação do pré-esforço dá-se uma considerável diminuição dos deslocamentos e constata-se a maior carga de rotura. Nesta mesma
figura apresenta-se os resultados relativos à evolução das forças nos cordões à medida que se carrega a laje, constatando-se que a carga nos mesmos aumenta com o aumento da carga no centro da laje. Este efeito é benéfico, uma vez que, desta forma, as forças de desvio junto ao pilar aumentam, promovendo assim um aumento da capacidade de carga.
Fig. 26 Comportamento de uma laje não reforçada e de uma laje reforçada
Os resultados forma comparados com o EC2 [9] e com o MC2010 [10] tendo-se obtido uma relação média entre a carga de rotura experimental e a carga prevista de 0.96 e 1.15, respectivamente, para o EC2 e para o MC2010. Importa referir que o MC2010 permite estimar as rotações dos modelos com uma boa aproximação, tendo-se obtido uma relação média entre a rotação registada e a prevista de 1.02 com um COV de 0.15.
Posteriormente aos ensaios de rotura ao punçoamento foram executados ensaios para estudar o comportamento na pós-rotura. Verificou-se que logo após a rotura por punçoamento dá-se uma diminuição rápida na carga aplicada na laje, acompanhada de grandes deslocamentos. Nesta nova fase do carregamento os modelos desenvolveram alguma resistência, embora a rigidez seja muito inferior à registada durante o ensaio até à rotura, sendo que o comportamento foi semelhante na maior parte dos ensaios (Fig. 27).
Fig. 27 Comportamento na fase pós-rotura por punçoamento
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 Deslocamento (mm) C ar ga (k N ) D1 e D5 D1 e D5 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 Deslocamento (mm) Carga (kN) D1 e D5 D1 e D5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 0 20 40 60 80 100 120
Força nos Cordões Após Transmissão PE (kN)
Carg a ( k N ) Cordão 1 Cordão 2 Cordão 1 Cordão 2
Laje Referência Laje Reforçada
O facto dos modelos reforçados terem desenvolvido uma importante resistência na fase pós-colapso indica que este sistema permite evitar que ocorra o fenómeno de pós-colapso generalizado, tal como ocorreu nos casos referidos na Fig. 3, e é portanto, um aspecto importante deste sistema de reforço. A resistência na fase de pós-rotura foi promovida pelas componente vertical da força nas armaduras longitudinais superiores, uma vez que estas se encontravam “presas” pelos desviadores dos cordões que apoiavam sobre estas (Fig. 28).
Fig. 28 Aspecto de um modelo após atingir carga máxima de pós-rotura por punçoamento
Importa referir que previamente aos ensaios das lajes foi desenvolvido um programa experimental com o objectivo de estudar o comportamento aderente dos cordões de aço quando selados com um agente de aderência. Com base nos resultados obtidos é possível determinar qual os níveis de força que é possível desenvolver nos cordões tanto na fase de transmissão das mesmas para a laje, como durante o carregamento da laje até que se atinja a rotura. Estes resultados podem ser consultados em [11,12].
Agradecimentos
agradecer à Concremat pela execução dos modelos em betão armado, à HILTI Portugal pelo adesivo HIT RE-500 e pelo equipamento de furação e à VSL pelos cordões de pré-esforço.
Referências
[1]
Bondy, K.B. Externally Applied Post-Tensioning Systems. Structure Magazine, July 1995, pp. 14-17.[2]
Ramos, A. M.: Reparação e Reforço de Lajes Fungiformes ao Punçoamento, Dissertação de Mestrado, Universidade Técnica de Lisboa, Instituto Superior Técnico, 1995.[3]
Duarte, I.: Comportamento ao Punçoamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos, Dissertação de Mestrado, Universidade Técnica de Lisboa, Instituto Superior Técnico, 2008.[4]
Luís, M.: Punçoamento Cíclico de Lajes Fungiformes Reforçadas com Pré-Esforço Transversal, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2010.[5]
Inácio, M.: Comportamento ao Punçoamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos – Efeito da Área e Posicionamento da Ancoragem, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2010.[6]
Gomes, J..: Efeito da Aderência na Resistência ao Punçoamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos Transversais, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2010.[7]
Faria, D.M.V., Lúcio, V.J.G, and Ramos, A.M.P. Strengthening of Reinforced Concrete Flat Slabs using Post-Tensioning with Anchorages by Bonding. fib Symposium - Concrete: 21st Century Superhero, London, Junho, 2009.[8]
Artigo engineering structures….[9]
Instituto Português da Qualidade, “NP EN 1992-1-1 Eurocódigo 2: Projecto de Estruturas de Betão – Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifícios”, 2010.[10]
Federation International du Beton. Model Code 2010, First Complete Draft, fib Bulletins Nº 55 and 56,2010.
[11]
Faria, D.M.V., Lúcio, V.J.G, and Ramos, A.M.P. Pull-Out and Push-In Tests of Bonded Steel Strands.Magazine of Concrete Research, MACR-D-10-00068, aceite em Setembro 2010.
