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MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2007/2008

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja

mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

2007/2008 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2008.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o

ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer

responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo

Autor.

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Reparao, reabilitao e reforo de estruturas de beto armado

A meus Pais, irms e Margarida

O ignorante afirma, o sbio dvida e o sensato reflecte

Aristteles

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AGRADECIMENTOS

Ao Professor Ado da Fonseca, orientador cientfico deste trabalho, desejo manifestar a minhagratido pela disponibilidade, confiana, entusiasmo e ensinamentos prestados ao longo dodesenvolvimento deste trabalho.

SOPSEC.SA, nas pessoas do Eng. Diogo Leite e Eng. Hiplito Sousa, agradeo a flexibilidadehorria permitida na recta final de concluso desta tese.

Agradeo ao Professor Jos Sena Cruz pela reviso da tese, pelos melhoramentos sugeridos e peladisponibilidade demonstrada em ajudar na verso final desta tese.

Agradeo aos meus pais e minha irm Ndia pelo apoio constante que me tm dado ao longo daminha vida e que mais uma vez se fez sentir durante a realizao desta tese.

Por fim, agradeo a ti Margarida, simplesmente por teres estado sempre ao meu lado desde o primeiroao ltimo minuto, dando-me apoio moral, entusiasmo, fora e esperana, sem a qual no teria comtoda a certeza concludo este trabalho.

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RESUMO

O mercado da reabilitao de estruturas em Portugal tem vindo a evoluir favoravelmente ao longo dos

ltimos anos, no s devido crescente tomada de conscincia das entidades competentes da

necessidade de intervir num parque habitacional portugus cada vez mais deteriorado, mas tambm

como resultado de uma poltica estruturante que visa estimular o mercado da reabilitao, tendo em

conta o seu elevado potencial de crescimento e o carcter dinamizador que poderia imprimir no sector

da construo.

Uma interveno de reabilitao pode passar por uma simples reparao, com o objectivo de repor as

condies iniciais de segurana da estrutura, ou por uma interveno mais profunda que inclui a

primeira e adicionalmente outras medidas de reforo que visam elevar os nveis de segurana da

estrutura s exigncias actuais.

A caracterizao do tipo de interveno requer um conhecimento pormenorizado da estrutura

existente, no s ao nvel do seu estado de degradao, bem como do seu comportamento estrutural.

Desta forma, o projecto de reabilitao de estruturas de beto armado apresenta algumasparticularidades tendo em conta a especificidade do objecto tratado. A definio de uma metodologia

de abordagem a um projecto desta natureza, assim como o conhecimento das matrias necessrias

sua prossecuo so fundamentais para a qualidade do projecto.

Existe muita informao acerca do tema da reabilitao de estruturas de beto armado. Infelizmente

escasseiam documentos onde toda essa informao venha apresentada de uma forma integrada e

objectiva.

Atendendo ao referido nos pargrafo anteriores, procurou-se abordar neste trabalho as principais

matrias que interessam ao projecto de reabilitao de estruturas de beto armado, nomeadamente as

causas da degradao das estruturas de beto, os mtodos de avaliao dessa mesma degradao, a

definio das etapas de um projecto de reabilitao, e as tcnicas de reparao e reforo.

PALAVRAS-CHAVE:Degradao de estruturas, Reparao, Reabilitao, Reforo, Estruturas de beto.

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ABSTRACT

The rehabilitation of structures market in Portugal has evolved positively over the past few years, not

only because of the growing awareness of the need to intervene in many degraded buildings, but also

as a result of a structuring policy aimed at stimulating the rehabilitation market, taking into account its

high growth potential and the economic benefit it would bring to the construction industry.

An rehabilitation intervention can go through a simple repair, in order to restore the original terms of

safety parameters of the structure or, in a deeper perspective, may be necessary other measures aimed

at raise the safety terms of the structures towards the current requirements.

The characterization of the type of intervention requires a detailed knowledge of the existing structure,

not only in terms of its degradation state, but also its structural behaviour.

Thus, the rehabilitation of reinforced concrete structures project, has some peculiarities due to the

characteristics of the treaty object. The definition of a methodology to approach a project of this

nature, and the knowledge of the different matters related to this issue, are critical to the quality of the

project.

There is lots of information related to the rehabilitation of reinforced concrete structures.

Unfortunately, lacks documents where all this information comes presented in an integrated manner

and objective.

Given the above paragraphs, this works tries to address the main subjects of interest to the

rehabilitation project, in particular the causes of deterioration of concrete structures, the methods of

evaluation of that degradation, the definition of the project sequence and the techniques for repairing

and strengthening.

KEYWORDS:Structures degradation, Repair, Rehabilitation, Strengthening, Concrete structures.

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NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ...................................................................................................................................i

RESUMO .................................................................................................................................iii

ABSTRACT ...............................................................................................................................................v

1. INTRODUO..........................................................................................................................1

1.1ASPECTOS GERAIS ...........................................................................................................................1

1.2OBJECTIVOS PROPOSTOS ................................................................................................................2

1.3ORGANIZAO DO TRABALHO .........................................................................................................2

2. DETERIORAO DE ESTRUTURAS DE BETO ARMADO...................3

2.1INTRODUO .....................................................................................................................................3

2.2DETERIORAO DO BETO..............................................................................................................3

2.2.1PROCESSOS MECNICOS ...................................................................................................................3

2.2.2PROCESSOS FSICOS .........................................................................................................................3

2.2.2.1 Ciclos gelo/degelo........................................................................................................................3

2.2.2.2 Eroso por abraso e cavitao ..................................................................................................4

2.2.2.3 Variaes de temperatura............................................................................................................4

2.2.2.4 Calor de hidratao......................................................................................................................4

2.2.2.5 Altas temperaturas .......................................................................................................................4

2.2.2.6 Retraco .....................................................................................................................................5

2.2.3PROCESSOS QUMICOS.......................................................................................................................5

2.2.3.1 cidos...........................................................................................................................................5

2.2.3.2 gua descarbonante ....................................................................................................................5

2.2.3.3 Sais de magnsio.........................................................................................................................6

2.2.3.4 Sulfatos.........................................................................................................................................6

2.2.4PROCESSOS BIOLGICOS ...................................................................................................................6

2.3DETERIORAO DAS ARMADURAS ..................................................................................................6

2.3.1CORROSO DAS ARMADURAS.............................................................................................................6

2.3.2PROCESSOS FSICOS..........................................................................................................................7

2.3.2.1 Altas temperaturas .......................................................................................................................7

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3. AVALIAO DO ESTADO DE DETERIORAO DE ESTRUTURASDE BETO ARMADO............................................................................................................... 9

3.1INTRODUO .................................................................................................................................... 9

3.2ENSAIOS ESTRUTURAIS IN-SITU .................................................................................................... 11

3.3ENSAIOS ESTRUTURAIS EM LABORATRIO .................................................................................. 14

3.4ENSAIOS DE DURABILIDADE IN-SITU ............................................................................................. 15

3.5ENSAIOS DE DURABILIDADE EM LABORATRIO ........................................................................... 20

4. PROJECTO DE REABILITAO DE ESTRUTURAS DE BETOARMADO ........................................................................................................................................ 23

4.1INTRODUO .................................................................................................................................. 23

4.2ETAPAS DE UM PROJECTO DE REABILITAO.............................................................................. 24

4.3PRINCIPAL REGULAMENTAO/DOCUMENTAO APLICVEL .................................................... 25

4.4VERIFICAO DA SEGURANA DE ESTRUTURAS EXISTENTES .................................................... 27

4.5CARACTERIZAO DO TIPO DE INTERVENO ............................................................................. 31

4.6BASES PARA DIMENSIONAMENTO DE REFOROS ........................................................................ 31

4.7MATERIAIS DE REFORO ............................................................................................................... 33

4.7.1POLMEROS REFORADOS COM FIBRAS (F.R.P.)............................................................................... 33

4.7.1.1 Constituio ............................................................................................................................... 33

4.7.1.2 Matriz polimrica........................................................................................................................ 34

4.7.1.3 Fibras de reforo........................................................................................................................ 34

4.7.1.4 Sistemas de reforo com F.R.P................................................................................................. 37

4.7.1.5 Propriedades dos sistemas F.R.P............................................................................................. 38

4.7.2BETO ............................................................................................................................................ 41

4.7.3AO ............................................................................................................................................... 42

4.7.4RESINAS......................................................................................................................................... 42

5. TCNICAS DE PROTECO E REPARAO DE ESTRUTURASDE BETO ARMADO............................................................................................................. 43

5.1INTRODUO .................................................................................................................................. 43

5.2TCNICAS DE PROTECO SUPERFICIAL...................................................................................... 43

5.2.1IMPREGNAO ................................................................................................................................ 43

5.2.2REVESTIMENTO SUPERFICIAL ........................................................................................................... 43

5.2.3MEMBRANAS................................................................................................................................... 44

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5.2.4NOVA CAMADA DE RECOBRIMENTO....................................................................................................44

5.2.5PROTECO FSICA EXTERIOR ..........................................................................................................44

5.3TCNICAS DE PREVENO DE CORROSO...................................................................................44

5.4TCNICAS DE REPARAO DE BETO DETERIORADO ................................................................44

5.4.1TRATAMENTO DE FENDAS.................................................................................................................44

5.4.2ARGAMASSAS E MICROBETO ..........................................................................................................45

6. TCNICAS DE REFORO DE ESTRUTURAS DE BETO.....................47

6.1INTRODUO ...................................................................................................................................47

6.2ENCAMISAMENTO DE SECES .....................................................................................................48

6.2.1ENCAMISAMENTO DE SECES COM BETO ARMADO .........................................................................486.2.1.1 Descrio da tcnica..................................................................................................................48

6.2.1.2 Disposies de armaduras.........................................................................................................49

6.2.1.3 Dimensionamento do reforo.....................................................................................................52

6.2.2ENCAMISAMENTO DE SECES COM CHAPAS METLICAS ...................................................................57

6.2.2.1 Descrio da tcnica..................................................................................................................57

6.2.2.2 Disposio de armaduras...........................................................................................................58


6.2.3ENCAMISAMENTO DE SECES COM MATERIAIS COMPSITOS ............................................................62



6.3REFORO POR ADIO DE ARMADURAS EXTERIORES .................................................................67

6.3.1REFORO POR COLAGEM DE CHAPAS METLICAS...............................................................................67


6.3.1.2 Disposio construtivas..............................................................................................................68


6.3.2REFORO POR COLAGEM DE FRP ......................................................................................................76


6.3.2.2 Disposio de armaduras...........................................................................................................77


6. CONCLUSES ......................................................................................................................85

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...........................................................................................................87

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NDICE DE FIGURAS

Fig. 3.1 - Extraco de carote em viga [6] ............................................................................................11

Fig. 3.2 - Extraco de carote em laje [6] ..............................................................................................11

Fig .3.3 Esclermetro de Schmidt [6] ..................................................................................................12

Fig. 3.4 - baco de correlao dureza superficial resistncia a compresso do beto [6] ................12

Fig. 3.5 - Ensaio de ultra-sons numa viga [6].........................................................................................13

Fig. 3.6 - Corte de um varo de uma viga..............................................................................................13

Fig. 3.7 - Instalao de extensmetro para a realizao do ensaio de tenses [6]...............................13

Fig. 3.8 Mapeamento das armaduras numa laje [6] ...........................................................................14

Fig. 3.9 Medio da profundidade de carbonatao [6]......................................................................16Fig. 3.10 Equipamento para determinao do teor de cloretos do beto [6]......................................16

Fig. 3.11 Ensaio de determinao de cloretos em curso [6]...............................................................16

Fig. 3.12 Ensaio da deteco de corroso numa parede de beto armado [6]..................................17

Fig. 3.13 Medio da resistividade numa viga [6]...............................................................................17

Fig. 3.14 Ensaio da permeabilidade do beto gua [6] ...................................................................18

Fig. 3.15 Ensaio da permeabilidade do beto ao ar [6] .....................................................................18

Fig. 3.16 Observao termogrfica de uma parede [6] ......................................................................19

Fig. 3.17 Aparelho rodado dentado [6]................................................................................................19

Fig. 3.18 Fissurmetro [6] ...................................................................................................................20

Fig. 3.19 Medidor ptico de fissuras [6] ..............................................................................................20

Fig. 3.20 Observao do interior de uma viga [6] ...............................................................................20

Fig. 3.21 Observao do interior de um pavimento [6] .......................................................................20

Fig. 4.1 Fibras de carbono ..................................................................................................................34

Fig. 4.2 Fibras de vidro........................................................................................................................34

Fig. 4.3 Fibras de aramida ..................................................................................................................34Fig. 4.4 Comportamento traco de vrios sistemas FRP e ao [20]..............................................35

Fig. 4.5 Fio contnuo de fibras.............................................................................................................37

Fig. 4.6 Cordo de FRP ......................................................................................................................37

Fig. 4.7 Manta unidirecional de FRP...................................................................................................37

Fig. 4.8 Manta bidireccional de F.R.P. ................................................................................................37

Fig. 4.9 Manta multidirecional de F.R.P. .............................................................................................37

Fig. 4.10 Tecido de F.R.P. ..................................................................................................................37

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Fig. 4.11 Laminado de F.R.P. pronto a ser cortado ........................................................................... 37

Fig. 4.12 Reforo de viga com laminados em forma de L de F.R.P. ................................................. 37

Fig. 4.13 Reforo de laje com laminados de F.R.P............................................................................ 37

Fig. 4.14 Preparao da superfcie do beto por picagem ................................................................ 38

Fig. 4.15 Preparao da superfcie do beto por jacto de areia ........................................................ 38

Fig. 4.16 Preparao da superfcie do beto por jacto de areia ........................................................ 38

Fig. 4.17 Aplicao de primrio epxido de forma a aumentar a resistncia superficial [17]............ 38

Fig. 4.18 Regularizao da superfcie com argamassa poxida aplicada colher (putty) ............. 38

Fig. 4.19 Aplicao da primeira camada de resina epxida, para colagem....................................... 38

Fig. 4.20 Aplicao das mantas ou tecidos........................................................................................ 38

Fig. 4.21 Aplicao de resina de impregnao .................................................................................. 38Fig. 4.22 Aplicao de revestimento final de proteco..................................................................... 38

Fig. 6.1 Valores mnimos da espessura de material a betonar.......................................................... 48

Fig. 6.2 Reforo de vigas flexo ...................................................................................................... 49

Fig. 6.3 Reforo de viga flexo e ao esforo transverso ................................................................. 49

Fig. 6.4 Reforo de vigas flexo e ao esforo transverso ............................................................... 49

Fig. 6.5 Ancoragem dos vares longitudinais de reforo. Soluo tipo 1 .......................................... 49




Fig. 6.9 Reforo de pilares. Soluo tipo 1 [24] ................................................................................. 51

Fig. 6.10 Reforo de pilares. Soluo tipo 2 [24] ............................................................................... 51




Fig. 6.14 Reforo de pilares. Soluo tipo 6 [24] ............................................................................... 51Fig. 6.15 Modelo de clculo flexo de vigas reforadas por encamisamento com beto armado . 52

Fig. 6.16 Modelo de clculo de verificao da segurana da ligao beto novo/beto existente ... 53

Fig. 6.17 Pilar com encamisamento total ........................................................................................... 54

Fig. 6.18 Modelo de clculo dos esforos resistentes flexo composta ......................................... 56

Fig. 6.19 Pilar rectangular encamisado com chapas metlicas......................................................... 57

Fig. 6.20 Pilar circular encamisado com tubo metlico ...................................................................... 57

Fig. 6.21 Efeito de confinamento das chapas metlicas num pilar submetido flexo composta.... 57

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Fig.6. 22 Aspecto de uma resina epxida com consistncia de massa .............................................58

Fig. 6.23 Sistema base de encamisamento de pilares com chapas metlicas ..................................58

Fig. 6.24 Encamisamento total de pilar com chapas soldadas nas extremidades [26] ......................59

Fig. 6.25 Ensamisamento total de pilar com chapas ligadas por parafusos nos cantos [26] .............59

Fig. 6.26 Encamisamento total com chapas metlicas fixas ao beto por buchas qumicas [26]......59

Fig. 6.27 Encamisamento parcial tipo 1 [26].......................................................................................59

Fig. 6.28 Encamisamento parcial tipo 2 [26].......................................................................................59

Fig. 6.29 Modelo de clculo composta de pilares encamisados com chapas metlicas.................60

Fig. 6.30 Pilar encamisado com chapas metlicas.............................................................................61

Fig. 6.31 Pilar reforado por encamisamento metlico total...............................................................62

Fig. 6.32 Reforo de pilares com mantas (a), tecidos (b) e fios de FRP (c) [7]..................................62Fig. 6.33 Diagramas tenso deformao do beto submetido a diversos tipos de confinamento [27]...........................................................................................................................................................63

Fig. 6.34 Influncia da seco no desempenho dos pilares confinados com FRP [27] .....................63

Fig. 6.35 Determinao da tenso lateral de confinamento exercida no beto pelo sistema FRP....65

Fig. 6.36 Nomenclatura utilizada no clculo da tenso de compresso resistente do beto confinadocom FRP.................................................................................................................................................65

Fig. 6.37 Nomenclatura usada no clculo da tenso lateral de confinante em pilares quadrados ourectangulares..........................................................................................................................................66

Fig. 6.38 Beto de um pilar rectangular efectivamente confinado pelo material FRP........................66

Fig. 6.39 Reforo de viga nervura por colagem de chapas metlicas................................................67

Fig. 6.40 Remoo de sujidades da superfcie de beto com auxilio de jacto de gua.....................68

Fig. 6.41 Martelo de agulhas...............................................................................................................68

Fig. 6.43 Rotura por deslocamento da chapa [28]..............................................................................72

Fig. 6.44 Rotura por destacamento da chapa [28]..............................................................................72

Fig. 6.45 Ancoragem por meio de chapa envolvente [28] ..................................................................72

Fig. 6.46 Ancoragem por meio de buchas [28] ...................................................................................72

Fig. 6.47 Modelo de clculo de viga flexo pela tcnica de reforo com colagem de chapas........73

Fig. 6.48 Diagrama das foras rasantes na interface do elemento de reforo e elemento a reforar74

Fig. 6.49 Modelo de clculo de pilares flexo composta pela tcnica de colagem de chapasmetlicas [19] .........................................................................................................................................75

Fig. 6.50 Reforo de laje com colagem de laminados de CFRP [7] ...................................................76

Fig. 6.51 Reforo de viga com colagem de laminados e tecidos de CFRP [7]...................................76

Fig. 6.52 Modelo de clculo flexo de seces reforadas por colagem de armaduras de FRP....81

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NDICE DE QUADROS

Quadro 3.1 Classificao dos ensaios em estruturas.........................................................................10

Quadro 3.2 Listagem de ensaios estruturais e de durabilidade..........................................................10

Quadro 3.3 Carotagem de beto.........................................................................................................11

Quadro 3.4 Ensaio escleromtrico......................................................................................................12

Quadro 3.5 Ensaio de aderncia por traco pull-off .........................................................................12

Quadro 3.6 Ensaio de ultra-sons.........................................................................................................13

Quadro 3.7 Ensaio de tenses............................................................................................................13

Quadro 3.8 Ensaio detector de armaduras.........................................................................................14

Quadro 3.9 Ensaio de rotura compresso simples..........................................................................14Quadro 3.10 Ensaio brasileiro.............................................................................................................14

Quadro 3.11 Ensaio mdulo de elasticidade ......................................................................................15

Quadro 3.12 Ensaio de fluncia..........................................................................................................15

Quadro 3.13 Ensaio de retraco .......................................................................................................15

Quadro 3.14 Determinao da profundidade de carbonatao..........................................................16

Quadro 3.15 Determinao do teor de cloretos do beto...................................................................16

Quadro 3.16 Detector de corroso......................................................................................................17

Quadro 3.17 Medio da resistividade................................................................................................17

Quadro 3.18 Determinao da permeabilidade do beto ao ar e gua...........................................18

Quadro 3.19 Levantamentos termogrficos........................................................................................19

Quadro 3.20 Deteco de delaminao superficial do beto .............................................................19

Quadro 3.21 Monitorizao da abertura de fendas e fissuras............................................................20

Quadro 3.22 Observao boroscpica de fendas e cavidades ..........................................................20

Quadro 3.23 Ensaio de absoro de gua por capilaridade...............................................................21

Quadro 3.24 Ensaio de absoro de gua por imerso .....................................................................21Quadro 3.25 Ensaio de permeabilidade gua..................................................................................21

Quadro 3.26 Ensaio de permeabilidade ao gs..................................................................................21

Quadro 3.27 Ensaio de difuso de cloretos........................................................................................22

Quadro 3.28 Ensaio de carbonatao acelerada................................................................................22

Quadro 4.1 Metodologia a seguir num projecto de reabilitao .........................................................24

Quadro 4.2 Regulamentao portuguesa aplicvel ao projecto de reabilitao ................................25

Quadro 4.3 Normas europeias aplicveis ao projecto de reabilitao................................................26

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Quadro 4.4 Normas internacionais aplicveis ao projecto de reabilitao ........................................ 26

Quadro 4.5 Documentos tcnicos de apoio ao projecto de reabilitao............................................ 26

Quadro 4.6 Sequncia de clculo do valor dos esforos actuantes na verificao........................... 27

Quadro 4.7 Coeficiente R para danos provocados por sismos......................................................... 29

Quadro 4.8 Coeficiente R para danos provocados por incndios..................................................... 29

Quadro 4.9 Coeficiente R para danos provocados pela corroso .................................................... 30

Quadro 4.10 Relao entre coeficiente de capacidade e o grau da interveno [13] ....................... 31

Quadro 4.11 Valores de c para beto cofrado em obra .................................................................... 32

Quadro 4.12 Valores de c para beto projectado.............................................................................. 32

Quadro 4.13 Valores de s para o ao................................................................................................ 32

Quadro 4.14 Propriedades das matrizes polimricas [22] ................................................................. 34Quadro 4.15 Principais caractersticas das fibras de reforo dos materiais F.R.P. ........................... 35

Quadro 4.16 Principais vantagens e desvantagens das fibras de reforo......................................... 35

Quadro 4.17 Diferentes configuraes dos feixes de fibras .............................................................. 36

Quadro 4.18 - Propriedades mecnicas de um sistema F.R.P. ............................................................ 39

Quadro 4.19 Valores de f propostos pelo FIB [14] ............................................................................ 40

Quadro 4.20 Valores de f propostos pelo CEB [13] .......................................................................... 40

Quadro 4.21 Valores de CE propostos pelo ACI [15]......................................................................... 40

Quadro 4.22 Valores de f propostos pelo CNR [29].......................................................................... 41

Quadro 4.23 Valores de a propostos pelo CNR [29] ........................................................................ 41

Quadro 4.24 Valores de l propostos pelo CNR [29] ......................................................................... 41

Quadro 6.1 Tcnicas de reforo de elementos estruturais ................................................................ 47

Quadro 6.2 Descrio das disposies de armaduras no reforo de vigas....................................... 50

Quadro 6.3 Descrio das disposies de armaduras no reforo de pilares..................................... 51

Quadro 6.4 Verificao de elementos estruturais aos E.L.U pela tcnica de encamisamento combeto...................................................................................................................................................... 52

Quadro 6.5 Coeficientes de monolitismo para verificao aos estados limites de utilizao............ 56

Quadro 6.6 Descrio das disposies de armaduras no reforo de pilares..................................... 59

Quadro 6.7 Verificao de pilares aos E.L.U pela tcnica de encamisamento com chapas............. 60

Quadro 6.8 Recomendaes para o reforo de vigas flexo por colagem de armaduras metlicas[13] ......................................................................................................................................................... 68

Quadro 6.9 Recomendaes para o reforo de vigas ao esforo transverso por colagem dearmaduras metlicas ............................................................................................................................. 70

Quadro 6.10 Disposies construtivas no reforo de pilares por colagem de armaduras................. 71

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xvii

Quadro 6.11 Verificao aos E.L.U. de vigas e pilares reforados pela tcnica colagem de chapasmetlicas ................................................................................................................................................73

Quadro 6.12 Reforo de vigas flexo por colagem de armaduras de FRP.....................................77

Quadro 6.13 Reforo de pilares flexo por colagem de armaduras de FRP...................................77Quadro 6.14 Tipos de reforo de vigas ao esforo transverso por colagem de armaduras FRP ......78

Quadro 6.15 Sistemas de ancoragem de armaduras de FRP coladas ao beto ...............................78

Quadro 6.16 Modos de rotura de vigas reforadas por colagem de sistemas CFRP ........................79

Quadro 6.17 Verificaes de segurana a efectuar no clculo de seces de beto armado...........80

Quadro 6.18 Valores de kc..................................................................................................................83

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xviii

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SMBOLOS E ABREVIATURAS

Letras latinas em maisculas

A absoro da gua;

A rc rea do beto de reforo;

A ic rea do beto existente;

Accr rea do beto de recobrimento;

Acfinal rea de beto aps encamisamento da seco inicial;

Ais rea da armadura existente;

Aisw/s rea de armadura de esforo transverso por metro da seco existente;

Ars rea da armadura de reforo;

Arsw/s rea de armadura de esforo transverso por metro da seco de reforo;

Aseq rea da armadura equivalente;

CE coeficiente redutor das propriedades mecnicas do material FRP, proposto pelo ACI;

Fb fora resistente de corte de uma bucha;

Fc fora de compresso do beto;

Fsi ora de traco na armadura existente;

Fsr fora de traco de reforo;

Kinicial caractersticas iniciais de rigidez;

Kresidual caractersticas residuais de rigidez;L comprimento de um elemento linear;

Lb, mx. comprimento de amarrao da fora de traco do FRP na zona de ancoragem;

Lb, net comprimento de amarraes;

M1 massa inicial de um provete de beto previamente seco;

M2 massa de um provete de beto aps imerso em gua durante 30 minutos;

MRd momento resistente da seco reforada;

NRd esforo axial resistente;

NSd esforo axial actuante;

Rd valor de clculo do esforo resistente residual;Rd valor de clculo do esforo resistente da estrutura reforada;

Rinicial caractersticas iniciais de resistncia;

Rresidual caractersticas residuais de resistncia;

Sd valor de clculo do esforo actuante;

Tu, mx. fora mxima de traco no FRP que provoca a runa da ligao entre este e a camada

de suporte;

Vfd contribuio para a resistncia ao esforo transverso do compsito de FRP;

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xx

VRd, mx. valor de clculo do esforo transverso mximo de uma seco, nem que ocorra

esmagamento das bielas de beto;

VRd, s valor de clculo do esforo transverso de uma seco com armadura de esforo

transverso;

VSd valor de clculo do esforo transverso actuante;

Letras latinas em minsculas

b dimetro da seco de beto confinada pelo sistema FRP;

bf largura da lmina de reforo de FRP;

bs largura da chapa de ao de reforo flexo;

di altura til da seco reforada relativamente armadura existente;

dr altura til da seco reforada relativamente armadura de reforo;

fcd,cf valor de clculo corrigido da resistncia compresso do beto;fck valor caracterstico da tenso de rotura compresso do beto;

fck,cf valor caracterstico corrigido da resistncia compresso do beto;

fctm tenso de rotura traco do beto;

ff tenso de traco de clculo da fibra perimetral de FRP;

fl tenso lateral de clculo exercida no beto confinado pelo sistema FRP;

fle tenso lateral efectiva de confinamento de clculo exercida no beto confinado pelo

sistema FRP;

fLud tenso de rotura traco de clculo de um FRP;

fLuk tenso de rotura traco caracterstica de um FRP;

fLum tenso de rotura traco mdia de um FRP;

f is tenso de traco na armadura existente;

fisyd tenso de cedncia de traco da armadura existente;

frsyd tenso de cedncia do ao da armadura de reforo;

h altura da seco de beto;

hs altura da chapa de reforo ao esforo transverso;

kb factor que tem em conta a influncia da geometria da zona de ancoragem de um sistema

FRP;

kc factor que tem em conta as condies de execuo do reforo da FRP;

ke factor correctivo da tenso de confinamento;

km coeficiente para atender roturas permaturas da seco reforada com sistemas FRP;

n nmero de buchas;

nc nmero de camadas de FRP;

rc raio das arestas arredondadas de uma seco de beto;

tf espessura da fibra perimetral de FRP;

tg espessura da resina de colagem;

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xxi

ts espessura da chapa de reforo;

ww percentagem volumtrica de armadura transversal;

x posio do eixo neutro;

zeq

brao equivalente de uma seco reforada;

zi brao de uma seco de beto relativamente armadura existente;

zr brao de uma seco de beto relativamente armadura de reforo;

Letras gregas em minsculas:

ngulo entre a direco da fibra principal de FRP com a horizontal;

cw factor que tem que ter em conta o estado de tenso na biela comprimida;

f coeficiente redutor para ter em conta a influncia das fendas de corte na resistncia de

aderncia;

c coeficiente de minorao das propriedades resistentes do beto em estruturas

existentes;

c coeficiente de minorao das propriedades resistentes do beto em estruturas novas;

f coeficiente de minorao das propriedades resistentes do material FRP;

g coeficiente de majorao de aces permanentes em estruturas existentes;

q coeficiente de majorao de aces variveis em estruturas existentes;

L factor redutor da contribuio do reforo com FRP na resistncia flexo;

n,R coeficiente redutor do monolitismo de estruturas reforadas;

s coeficiente de minorao das propriedades resistentes do ao em estruturas existentes;

s coeficiente de minorao das propriedades resistentes do ao em estruturas novas;

is extenso nas armaduras existentes;

rs extenso nas armaduras de reforo;

c extenso do beto;

c,0 deformao instantnea do beto quando sujeito a uma tenso no instante t0;

c,t deformao do beto no instante t;

cu extenso do beto na fibra mais comprimida;f,lim extenso limite no laminado de FRP;

fd,l extenso efectiva do FRP;

fe extenso efectiva de traco no FRP;

Lk mdulo de elasticidade caracterstico de um material FRP;

Luk extenso caracterstica na rotura de um material FRP;

Lum extenso mdia na rotura de um material FRP;

s extenso efectiva do ao;

sy extenso de cedncia do ao existente;

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xxii

a factor de correco das propriedades resistentes dos materiais de FRP para ter em

conta a exposio ambiental;

l factor de correco das propriedades resistentes dos materiais de FRP para ter em

conta os efeitos a longo prazo; factor de eficcia;

1 factor redutor da tenso de compresso do beto fendilhado;

k coeficiente de correco da rigidez inicial;

r coeficiente de correco da capacidade resistente inicial;

c tenso de compresso do beto;

0,005 tenso correspondente a uma deformao de 5;

2 tenso de confinamento;

1

tenso tangencial na seco do beto existente;

2 tenso tangencial entre o beto de adio e o beto inicial;

mx. tenso tangencial limite;

coeficiente de capacidade;

coeficiente de fluncia;

coeficiente redutor da contribuio da tenso de traco do compsito de FRP quando

submetido a cargas cclicas;

desvio padro;

ACI American Concrete Institute

CEB Comit Euro-Internacional do Beto

BRI Building Research Institute

C.N.R Consiglio Nazionale delle Ricerche

CSA Canadian Standards Association

EUROCOMP European Structural Polymeric Composites Group

FIB Federation Internationale du beton

FRP Fiber Reinforced Polymer

ISIS Intelligent Sensing for Innovative Structures Canada Research Network

ISO International Organization for Standardization

J.C.I. Japan Concrete Institute.

REBAP Regulamento de Estruturas de Beto Armado e Pr-Esforado

RSA Regulamento de Segurana e Aces para Estruturas de Edifcios e Pontes

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1

1INTRODUO

1.1ASPECTOS GERAIS

A realizao de uma tese de Mestrado em Estruturas subordinada ao tema de Reparao, reabilitao

e reforo de estruturas de beto armado deriva no s da vontade do autor em alargar os seusconhecimentos nesta temtica, bem como da necessidade real de actualizao das competncias dos

engenheiros de estruturas face s necessidades do mercado, cada vez mais consciencializado da

necessidade de reparar, reabilitar e reforar as estruturas de beto armado que atingiram ou esto a

atingir o fim da sua vida til de projecto.

A partir dos anos 60, a maior parte das estruturas edificadas em Portugal foram executadas em beto

armado. As qualidades mecnicas deste material (resistncia compresso), a facilidade de aplicao

em obra (material moldvel) e a constante depreciao de outros materiais, conduziram utilizao

massiva e generalizada do beto armado e idealizao deste material como perfeito.

Contudo, o beto armado tambm envelhece, sendo necessrio prever a sua manuteno ao longo da

vida til da estrutura. Tendo em conta a menor preocupao dada no passado s questes da

durabilidade de estruturas, assistimos hoje ao aumento de estruturas degradadas que prejudicam o

aspecto, segurana e funcionalidade do edificado, necessitando de reparao, reabilitao e reforo, de

forma a responder s exigncias actuais ou s eventuais alteraes de uso previstas.

Um projecto de interveno numa estrutura j existente exige uma metodologia de abordagem

substancialmente diferente da seguida num projecto de uma estrutura nova. Essa abordagem inicia-se

com a recolha pormenorizada de toda a informao disponvel acerca das preexistncias e culmina na

produo de peas escritas e desenhadas que materializam o projecto propriamente dito.

Existem, no entanto, muitas etapas intermdias a cumprir que implicam o conhecimento de

variadssimas temticas, tais como, mtodos de avaliao da segurana de estruturas existentes,

regulamentao e documentao de apoio, materiais e tcnicas de reparao e reforo, etc.

O meio acadmico no alheio s necessidades do mercado, pelo que, tem produzido, ao longo dos

ltimos anos, diversos estudos em torno da temtica da reabilitao de estruturas de beto.

Contudo, em abono da verdade, escasseiam documentos onde se exponha de uma forma integrada toda

a informao necessria para a realizao de um projecto de reparao/reforo de uma estrutura de

beto armado, o que dificulta sobremaneira a produtividade e qualidade do trabalho do projectista,

vido de informao tecnicamente irrepreensvel e que resolva os seus problemas na prtica.

Desta forma, o presente trabalho tem como objectivo principal produzir um documento capaz de

reunir de uma forma integrada grande parte da informao til ao projectista e, caso se considere

necessrio, oriente na consulta de informao mais detalhada sobre cada uma das matrias abordadas.

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2

1.2OBJECTIVOS PROPOSTOS

Tendo como objectivo principal a sistematizao da informao acerca do projecto de

reparao/reforo de estruturas de beto armado, com especial nfase nas tcnicas de reforo de

estruturas, propuseram-se os seguintes objectivos:

Identificao das principais causas de degradao das estruturas de beto armado;

Identificao e descrio dos principais ensaios utilizados na avaliao do estado de

deteriorao de estruturas de beto armado;

Definio de uma metodologia de abordagem ao projecto de reabilitao, com

identificao e descrio de todas as etapas sugeridas e de todos dados de base

necessrios para o desenvolvimento do projecto;

Identificao e descrio das principais tcnicas de reparao de estruturas de beto

armado, baseadas na Norma EN1504;

Identificao das principais tcnicas de reforo de estruturas de beto, incluindo descrio

da tcnica, disposio de armaduras, e mtodos de anlise e dimensionamento do reforo.

1.3ORGANIZAO DO TRABALHO

Tendo em conta os objectivos propostos, organizaram-se captulos que procuraram agrupar por tema

todos os assuntos abordados em cada objectivo. Seguidamente, descrevem-se sumariamente os

referidos captulos.

Captulo 1 Neste primeiro captulo faz-se uma pequena introduo que procura

contextualizar os objectivos propostos para o presente trabalho. Nomeadamente, refere-se

a importncia da tomada de conscincia da necessidade de reparar/reforar as estruturas

de beto armado a atingir o fim da sua vida til de projecto e ainda a necessidade de

reunir de uma forma integrada toda a informao acerca do projecto de reparao/reforo

de estruturas de beto armado;

Captulo 2 e 3 Os captulos 2 e 3 funcionam como auxiliares dos captulos seguintes,

uma vez que abordam questes de base, como sejam as causas de degradao de

estruturas de beto armado e ensaios que procuram caracterizar o estado de deteriorao

das estruturas de beto armado;

Captulo 4 Este captulo aborda temas relacionados com o projecto de reabilitao de

estruturas de beto armado. Comea-se por identificar as etapas a seguir num projecto

desta natureza, descrevendo-se posteriormente cada uma delas. So feitas ainda

consideraes acerca de outros elementos indispensveis para a realizao de um projecto

de reabilitao tais como legislao aplicvel, dados para dimensionamento e materiais dereparao/reforo.

Captulo 5 Na sequncia do captulo anterior, a interveno de reabilitao pode

resumir-se a uma simples reparao. Neste captulo descrevem-se algumas tcnicas de

proteco e reparao de estruturas de beto. Nomeadamente, referem-se as tcnicas de

preveno da corroso, proteco da superfcie e reparao de beto deteriorado.

Captulo 6 Neste captulo apresentam-se as principais tcnicas de reforo correntemente

utilizadas em estruturas de beto armado, evidenciando para cada uma delas, as suas

vantagens e desvantagens, condies de aplicabilidade, disposies construtivas e

mtodos de dimensionamento.

Capitulo 7 Neste captulo retiram-se concluses acerca o trabalho desenvolvido.

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3

2DETERIORAO DE ESTRUTURASDE BETO ARMADO

2.1INTRODUO

A deteriorao das estruturas de beto armado resulta, basicamente, da degradao do beto e dasarmaduras, como consequncia da aco de agentes agressivos oriundos do meio ambiente ou, emcasos mais raros, devido ocorrncia de acidentes, tais como exploses, incndios, impactos deavies, etc.

Nos prximos sub-captulos faz-se uma breve descrio dos principais mecanismos de deteriorao dobeto e das armaduras.

2.2DETERIORAO DO BETO

2.2.1PROCESSOS MECNICOS

Os processos mecnicos de deteriorao referem-se a solicitaes externas, que introduzem no betoum estado de tenso por vezes incompatvel com a sua resistncia, resultando no aparecimento defendas e consequente aumento da vulnerabilidade do beto a agentes agressivos.

Como exemplo de aces que provocam fendilhao no beto referem-se as seguintes:

Impacto de elementos contra estruturas de beto que resultam na instalao de tenseselevadas superfcie deste (p.e. choque de mquinas industriais em pilares, impacto deavies, etc);

Carregamento excessivo como resultado de novas cargas solicitantes na estrutura, asquais conduzem a deformaes excessivas e/ou esforos superiores aos previstos [2];

Assentamentos; Aces acidentais, tais como exploses; Vibraes como resultado da aco do sismo ou de equipamentos mecnicos

(ventiladores em coberturas);

2.2.2PROCESSOS FSICOS

2.2.2.1 Ciclos gelo/degelo

Este fenmeno de degradao do beto resulta do aumento do volume da gua presente nos poros dobeto aquando da passagem desta do estado lquido ao estado slido, devido exposio atemperaturas muito baixas. Se este aumento de volume for restringido, geram-se tenses de traco nointerior do beto e, consequente, diminuio da integridade deste.

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4

De referir ainda a vulnerabilidade do beto a sais descongelantes, muitas vezes utilizados em pasesfrios onde a temperatura de betonagem atinge valores negativos (p.e. Rssia).

2.2.2.2 Eroso por abraso e cavitaoA eroso por abraso conduz ao desgaste superficial do beto, verificando-se sobretudo empavimentos rodovirios e pavimentos industriais sujeitos a aces que mobilizam repetitivamente oatrito da superfcie dos pavimentos [3].

Os processos de cavitao conduzem igualmente degradao do beto, assumindo prepondernciaem estruturas total ou parcialmente submersas sujeitas aco hidrodinmica da gua a escoar agrandes velocidades.

2.2.2.3 Variaes de temperatura

Um elemento estrutural que esteja ligado ao exterior de tal forma que o seu movimento estejarestringido, quando sujeito a uma variao de temperatura, fica submetido a tenses de traco oucompresso consoante a variao de temperatura seja negativa ou positiva, respectivamente. Essastenses, quando ultrapassam a tenso resistente de traco do beto, originam fendilhao.

2.2.2.4 Calor de hidratao

A reaco de hidratao do cimento exotrmica, pelo que, nas primeiras idades, o desencadeamentodesta reaco conduz a um aumento da temperatura no interior do beto. Atendendo diferena detemperatura entre o exterior e interior entretanto aquecido, a massa interior do beto tender a

arrefecer at que se atinja um equilbrio, surgindo tenses de traco que levaro fissurao do beto,uma vez que as propriedades resistentes do beto nas primeiras idades no so ainda as ideais.

2.2.2.5 Altas temperaturas

O beto quando sujeito a elevadas temperaturas, o que acontece por exemplo na ocorrncia de umincndio, no arde, no exala gases txicos, nem liberta fumo. um material incombustvel, ou seja,no alimenta o fogo, sendo um mau condutor de calor quando comparado com os metais.

Apesar do excelente comportamento, o beto perde gradualmente as suas propriedades resistentes medida que a temperatura aumenta. A taxa de decrescimento das propriedades mecnicas do material

relativamente baixa at aos 400C, aumentando consideravelmente a partir dessa temperatura. Doponto de vista de deformabilidade, medida que a temperatura aumenta, o beto torna-se cada vezmais dctil, podendo apresentar na fase de rotura uma extenso acima de 25 para uma temperaturasuperior a 600C.

Nas faces expostas ao fogo, o beto fica submetido a elevadas temperaturas, o que propcia a suadeteriorao, que se manifesta sob a forma de fissuras, fendas e lascamentos. Durante um incndio, ocalor absorvido pelo beto promove a evaporao da gua livre presente na pasta cimento. A massa dear e vapor ento formados migram atravs da rede porosa, do interior at superfcie do beto paraserem libertados, promovendo assim o arrefecimento da pea de beto. No entanto, essa libertaopode ser dificultada caso o beto apresente uma matriz muito compacta que impea a livre

circulao do vapor, gerando-se um gradiente de presses entre o interior e o exterior do beto, que

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5

pode conduzir a destacamentos superficiais explosivos. Este fenmeno designado por spallingocorre numa fase inicial do incndio, a temperaturas na ordem dos 250 a 300C.

De salientar ainda que, s temperaturas em que se verifica o spalling, a capacidade resistente dobeto ainda no est afectada. Assim, mesmo antes da degradao das propriedades resistentes dobeto, a aco do fogo pode acarretar danos permanentes no elemento, uma vez que o spalling reduza seco deste.

Os fenmenos de destacamentos superficiais podem ocorrer por outros motivos diferentes dos jreferidos.

2.2.2.6 Retraco

A retraco um dos principais factores que propcia a fendilhao do beto. Existem vrios tipos deretraco: autgena, qumica, plstica e de secagem.

A retraco autgena caracteriza-se pela diminuio da massa dos produtos resultantes da hidrataodo cimento. Essa diminuio de massa ocorre devido ao fenmeno de autodessecao (a gua quepreenche os microporos pressionada a reagir com o cimento ainda no hidratado, levando aoesvaziamento dos poros e consequente diminuio da massa da pasta de cimento), o qual maisevidente em betes com relaes gua/cimento altas.

A retraco qumica corresponde a uma diminuio global do volume dos produtos hidratados, que compensado pelo aumento do volume de vazios.

A retraco de secagem consiste na diminuio do volume por diminuio da gua ao longo do tempo.

A retraco plstica resulta do facto de, aquando da betonagem, os agregados se dirigirem para o

interior do beto e a gua para a superfcie. Como a velocidade de chegada da gua superfcie inferior velocidade de evaporao da gua que j se encontra superfcie, desenvolvem-se tensesde retraco como resultado dessa evaporao.

2.2.3PROCESSOS QUMICOS

2.2.3.1 cidos

Os cidos so substncias agressivas provenientes do meio ambiente que, quando reagem com oscompostos de clcio do beto, formam sais muito prejudiciais para a pasta de cimento deste. O ataquede cidos pode afectar seriamente a resistncia do beto.

De entre os cidos mais percaminosos para o beto, referem-se os cidos sulfricos, carbnico, ntrico,etc. [3].

2.2.3.2 gua descarbonante

Este fenmeno de degradao qumica consiste na reaco das guas percolantes pouco mineralizadascom o hidrxido de clcio do beto, o qual fundamental na estabilidade dos componentes do cimentohidratado. O arrastamento deste composto conduz decomposio progressiva da pasta de cimento e diminuio do pH do meio. [2,3].

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6

2.2.3.3 Sais de magnsio

Os ies magnsio tm a capacidade de desalojar o io clcio do seu respectivo hidrxido, formandohidrxido de magnsio, o qual menos insolvel e menos alcalino do que o hidrxido de clcio. Estareaco conduz diminuio da concentrao de hidrxido de clcio, o que prejudica a estabilidade dapasta de cimento e diminui o pH do meio [3].

2.2.3.4 Sulfatos

Os ies de sulfato combinam-se com os aluminatos do cimento portland formando um produtodesignado por etringite. Tratando-se de uma reaco expansiva, geram-se no interior do beto tenseselevadas que afectam a integridade deste e o tornam mais suspectivel ao ataque de outras substnciasagressivas.

2.2.3.5 Outras reacesPodem ocorrer muitas outras reaces qumicas que conduzem formao de produtos queinfluenciam directa ou indirectamente a qualidade do beto. No sendo o objectivo do trabalho adescrio pormenorizada dessas reaces, referem-se apenas as reaces mais importantes:

i. Reaco dos sulfatos com os inertes do beto;ii. Reaco lcalis slica dos inertes;iii.Reaco lcalis com carbonatos dos inertes.

2.2.4PROCESSOS BIOLGICOS

Os processos biolgicos de deteriorao podem classificar-se como directos ou indirectos.

Dentro dos primeiros, referem-se algumas espcies de bactrias que libertam agentes agressivos, taiscomo cidos, os quais provocam reaces qumicas que conduzem deteriorao do beto.

O ataque indirecto identifica-se com o desenvolvimento de musgo, lquenes e razes de plantas, quepenetrando atravs de fendas existentes no beto, provocam a deteriorao deste [3].

2.3DETERIORAO DAS ARMADURAS

2.3.1CORROSO DAS ARMADURAS

As armaduras do beto armado esto naturalmente protegidas da corroso, graas existncia de umafina pelcula passiva na superfcie das armaduras. Essa camada alcalina, composta por hidrxido declcio, permanece estvel para pH superiores a 9.5. A destruio desta pelcula passiva, associada presena de humidade, propcia a dissoluo do ao e consequente formao de um nodo. Dessadissoluo resulta a libertao de ies ferro e electres, os quais percorrem o condutor (armaduras) atencontrar um ctodo (zona da armadura com acesso a gua e oxignio) formando hidroxilo (OH-) oqual se combina na zona do nodo com o oxignio, gua e os ies ferro, formando desta forma xidode ferro, vulgarmente designado por ferrugem.

O volume ocupado pelos produtos da corroso no desprezvel e o seu crescimento gera tenses nointerior do beto, conduzindo a destacamentos superficiais.

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7

A reduo do pH deve-se sobretudo ao ataque dos cloretos ou devido ao fenmeno de carbonatao.

No primeiro caso, os ies cloreto, provenientes de um ambiente exterior agressivo (p.e. zonasmartimas), ultrapassam a camada de recobrimento do beto (j danificada pela aco desse agente),reduzindo o pH do meio. A facilidade de circulao dos ies cloreto pelo interior do beto dependenteda permeabilidade e do grau de saturao deste.

No segundo caso, a diminuio do pH ocorre devido reaco do dixido de carbono proveniente doar, com os compostos clcicos (hidrxido de clcio) do beto, formando carbonato de clcio.

2.3.2PROCESSOS FSICOS

2.3.2.1 Altas temperaturas

O incndio no atinge normalmente a temperatura de fuso do ao, que ronda os 1550C. Os aosutilizados como vares nas seces de beto armado so aos laminados a quente, isto , so

produzidos acima dos 700C levando ou no a um tratamento aps a laminao.O efeito da temperatura nos aos bem mais nocivo do que no beto. Enquanto que neste a taxa deaumento da temperatura ao longo da seco transversal muito lenta, no ao, esta praticamenteinstantnea, fazendo com que a temperatura no varo seja uniforme.

semelhana do beto, verifica-se uma diminuio das propriedades resistentes do ao (mdulo deelasticidade, resistncia traco), pouco significativa at temperaturas na ordem dos 400C, masmuito pronunciada a partir da.

Note-se que, numa seco de beto armado, apenas parte da seco de beto vir afectada pelo efeitoda temperatura, uma vez que, a propagao do calor para o interior da seco muito lenta, no

ocorrendo temperaturas muito elevadas a no ser na periferia do beto. J o ao, colocadonormalmente na periferia das peas de beto, vir em principio todo ele afectado pelo efeito datemperatura. Reala-se assim a importncia do ao enquanto condicionante da segurana de uma peade beto armado sujeita aco do fogo.

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3AVALIAO DO ESTADO DEDETERIORAO DE ESTRUTURASDE BETO ARMADO

3.1INTRODUO

A necessidade de reparar ou reforar uma estrutura resulta normalmente de uma inspeco peridica

realizada estrutura onde se identificam potenciais problemas, ou pela vontade expressa de um dono

de obra em reabilitar uma construo visivelmente deteriorada.

Seja qual for a motivao, qualquer projecto de reparao/reforo ter de ser precedido de uma

avaliao rigorosa da estrutura existente, seguindo uma metodologia que aparece sistematizada na

Norma EN 1504 [1], a qual define os princpios de proteco e reparao de estruturas de beto

armado danificadas.

Segundo a norma, uma correcta avaliao de uma estrutura existente dever contemplar os seguintes

aspectos [4]:

a) Levantamento das condies actuais da estrutura, incluindo registo, visualizao e anlisede defeitos visveis ou potenciais, caracterizao de propriedades fsicas e qumicas dos

materiais envolvidos, etc;

b) Recolha de todas as peas escritas e desenhadas do projecto original e as telas finais (casoexistam), afim de identificar o sistema estrutural, materiais utilizados, aces

consideradas no dimensionamento, etc;

c) Histria da estrutura: Identificao de eventuais alteraes ao uso da estrutura no decorrerda sua vida til; registo de anteriores obras de reforo/reparao, etc.

d) Caracterizao das condies de exposio ambiental actuais;

e) Caracterizao das condies actuais de utilizao;

O levantamento das condies actuais da estrutura inclui numa primeira fase a observao, registo,

mapeamento das anomalias e anlise dos defeitos e, numa fase mais avanada, a realizao de uma

campanha de ensaios no destrutivos e semi-destrutivos afim de caracterizar da melhor forma possvel

os materiais envolvidos [5].

Este captulo incide, essencialmente, na identificao e descrio sumria dos ensaios estruturais e de

durabilidade in-situ e em laboratrio, de acordo com a classificao apresentada no quadro 3.1 e

sequncia listada no quadro 3.2.

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Quadro 3.1 Classificao dos ensaios em estruturas

ENSAIOS

In-situ

Estruturais Laboratrio

In-situ

DurabilidadeLaboratrio

Quadro 3.2 Listagem de ensaios estruturais e de durabilidade

REFERNCIA NOME TIPO

1.EI Carotagem de beto Estrutural in-situ

2.EI Ensaio escleromtrico Estrutural in-situ

3.EIEnsaio de aderncia por traco pull-off

Estrutural in-situ

4.EI Ensaio de ultra-sons Estrutural in-situ

5.EI Ensaio de tenses Estrutural in-situ

6.EI Ensaio detector de armaduras Estrutural in-situ

1.ELEnsaio de rotura compressosimples

Estrutural em laboratrio

2.EL Ensaio brasileiro Estrutural em laboratrio

3.EL Ensaio mdulo de elasticidade Estrutural em laboratrio

4.EL Ensaio de fluncia Estrutural em laboratrio

5.EL Ensaio de retraco Estrutural em laboratrio

1.DIDeterminao da profundidade decarbonatao

Durabilidade in-situ

2.DIDeterminao do teor de cloretos dobeto


3.DI Detector de corroso Durabilidade in-situ

4.DI Medio da resistividade do beto Durabilidade in-situ

5.DIDeterminao da permeabilidade dobeto ao ar e gua


6.DI Levantamentos termogrficos Durabilidade in-situ

7.DIDeteco de delaminao superficialdo beto


8.DIMonitorizao da abertura de fendas e

fissurasDurabilidade in-situ

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9.DIObservao boroscpica de fendas ecavidades


1.DLEnsaio de absoro de gua porcapilaridade

Durabilidade em laboratrio

2.DLEnsaio de absoro de gua porimerso

Durabilidade em laboratrio

3.DL Ensaio de permeabilidade gua Durabilidade em laboratrio

4.DL Ensaio de permeabilidade ao gs Durabilidade em laboratrio

5.DL Ensaio de difuso de cloretos Durabilidade em laboratrio

6.DL Ensaio de carbonatao acelerada Durabilidade em laboratrio

3.2ENSAIOS ESTRUTURAIS IN-SITUOs ensaios estruturais in-situ tm como objectivo principal a determinao das caractersticas

estruturais dos materiais envolvidos, bem como a anlise do comportamento da estrutura em condies

de servio.

Nos quadros que se seguem, apresentam-se sucintamente os ensaios estruturais in-situ mais correntes.

Quadro 3.3 Carotagem de beto

ENSAIO 1.EI Carotagem de beto.

Parmetro medidoResistncia compresso, mdulo de elasticidade, defluncia e de retraco do beto in-situa partir do ensaioem laboratrio de carotes de beto recolhidos in-situ.

Equipamento Caroteadora.

Cuidados especiais Identificao prvia da localizao de armaduras.

Fig. 3.1 Extraco de carote em viga [6] Fig. 3.2 Extraco de carote em laje [6]

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Quadro 3.4 Ensaio escleromtrico

ENSAIO 2.EI Ensaio escleromtrico.

Parmetro medido

Dureza superficial do beto, a qual se correlaciona com a

tenso de rotura por compresso do beto, a partir do grficorepresentado na figura 3.4. Este um ensaio muito utilizadodevido facilidade de manuseamento do aparelho efacilidade de obteno de resultados.

Equipamento Esclermetro do tipo de Schmidt.

Cuidados especiaisOs resultados so representativos apenas de uma camadasuperficial de beto de 5cm, pelo que se podem considerarpouco fiveis.

Fig. 3.3 Esclermetro de Schmidt [6] Fig. 3.4 baco de correlao dureza superficial

resistncia a compresso do beto [6]

Quadro 3.5 Ensaio de aderncia por traco pull-off

ENSAIO 3.EI Ensaio de aderncia por traco pull-off.

Parmetro medido

Resistncia traco do beto ou aderncia entre betesde idades diferentes.

Para o primeiro caso, aplica-se uma fora de arrancamentoe regista-se a fora mxima a que uma carote no retiradarompe. No segundo caso, aplica-se uma fora de

arrancamento e observa-se a seco pela qual o proveterompeu. Se o destacamento ocorre pela superfcie deligao entre os materiais trata-se de um arrancamento poraderncia, se a superfcie pertence a um dos materiaistrata-se de um arrancamento por traco.

EquipamentoCarotadora porttil, coroa diamantada, caixa diferencial,aparelho mecnico de aderncia, peas metlicas, colaepoxdica, extenso monofsica.

Cuidados especiaisTendo em conta o carcter superficial do ensaio,consideram-se os resultados pouco fiveis.

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Quadro 3.6 Ensaio de ultra-sons

ENSAIO 4.EI Ensaio de ultra-sons.

Parmetro medido

Velocidade de propagao dum impulso ultra-snico entre

dois pontos, a qual se relaciona com os seguintesparmetros: i. Mdulo de elasticidade do beto; ii. Tensode compresso do beto; iii. Qualidade do beto (existnciade fendas, vazios, profundidade de fissuras, etc).

EquipamentoGerador de impulsos elctricos, circuito de leitura etransdutores.

Cuidados especiais Ensaios devem ser realizados em superfcies lisas.

Fig. 3.5 Ensaio de ultra-sons numa viga [6]

Quadro 3.7 Ensaio de tenses

ENSAIO 5.EI Ensaio de tenses.

Parmetro medido

Variao da leitura num extensmetro previamentecolocado nas armaduras, aps o corte de um varo. Essavariao relaciona-se com a tenso instalada nasarmaduras.

Equipamento Rebardadora e extensmetro.

Fig. 3.6 Corte de um varo de uma viga Fig. 3.7 Instalao de extensmetro para

a realizao do ensaio de tenses [6]

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Quadro 3.8 Ensaio detector de armaduras

ENSAIO 6.EI Ensaio detector de armaduras.

Parmetro medido

Localizao, direco e dimetro das armaduras no interior

do beto. Determina-se ainda a espessura do beto derecobrimento.

Equipamento Pacmetro.

Fig. 3.8 Mapeamento das armaduras numa laje [6]

3.3ENSAIOS ESTRUTURAIS EM LABORATRIO

Os ensaios estruturais em laboratrio desenvolvem-se paralelamente aos ensaios in-situ e funcionam

como complementares destes, tendo em conta que por vezes resultam resultados substancialmente

diferentes. Seguidamente descrevem-se alguns dos ensaios estruturais em laboratrio mais

correntemente utilizados.

Quadro 3.9 Ensaio de rotura compresso simplesENSAIO 1.EL Ensaio de rotura compresso simples.

Parmetro medidoTenso resistente compresso simples do beto de umdeterminado nmero de carotes recolhidas in-situ.

Equipamento Equipamento diverso a definir pelo operador qualificado.

Cuidados especiaisO nmero de carotes a recolher dever fazer-se de acordocom o grau de representativade pretendido.

Quadro 3.10 Ensaio brasileiroENSAIO 2.EL Ensaio brasileiro.

Parmetro medido

Tenso resistente traco do beto a partir dacompresso diametral de carotes recolhidas in-situ. Oprincpio baseia-se em submeter o provete a uma fora decompresso numa zona estreita ao longo do seucomprimento, a qual origina tenses ortogonais que volevar rotura do provete por traco.


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Quadro 3.11 Ensaio mdulo de elasticidade

ENSAIO 3.EL Ensaio mdulo de elasticidade.

Parmetro medido

Mdulo de elasticidade do beto, a partir do registo das

deformaes e tenses axiais das amostras recolhidasquando submetidas a uma compresso elstica uniaxial.


Quadro 3.12 Ensaio de fluncia

ENSAIO 4.EL Ensaio de fluncia.

Parmetro medido

Coeficiente de fluncia. Os provetes de beto sosubmetidos a tenses de compresso constantes ao longo

de vrios meses, sob condies de temperatura ehumidade controladas. So registadas as deformaeselsticas iniciais e as deformaes em diversos instantes t.O coeficiente de fluncia no instante t, , determinadopela relao entre o quociente entre a deformao totalnesse instante, c,t, e a deformao elstica inicial, c,0,menos 1, ou seja:

10c

t,c

=


Quadro 3.13 Ensaio de retraco

ENSAIO 5.EL Ensaio de retraco.

Parmetro medido

Deformao de retraco em instantes t. Os provetes sosubmetidos a um estado de deformao livre num ambientecontrolado. Em cada instante t, possvel medir adeformao por retraco (encurtamento) dos provetes, eassim aferir o efeito deste fenmeno.


3.4ENSAIOS DE DURABILIDADE IN-SITU

Os ensaios de durabilidade in-situ destinam-se a caracterizar as caractersticas dos materiais que

influenciam a durabilidade da estrutura (permeabilidade, teor de cloretos, etc).

Nos quadros que se seguem, descrevem-se sucintamente alguns dos ensaios estruturais mais

correntemente realizados in-situ.

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Quadro 3.14 Determinao da profundidade de carbonatao

ENSAIO 1.DI Determinao da profundidade de carbonatao.

Parmetro medido

Profundidade das zonas de beto carbonatado. A medio

realiza-se a partir da visualizao da colorao dasparedes internas de um furo realizado na superfcie dobeto junto a uma armadura, o qual foi previamenteborrifado com um corante rosado (fenolftalena). A zonano carbonatada permanece rosada enquanto que a zonacarbonatada se torna incolor.

EquipamentoBerbequim, martelo e escopro, aspersor, rgua graduadaem milmetros, soluo alcolica de fenolftalena a 0,1%.

Cuidados especiaisPrvia localizao das armaduras e espessura do beto derecobrimento, garantindo desta forma que os furos no

interceptam as armaduras; Limpeza do furo.

Fig. 3.9 Medio da profundidade de carbonatao [6]

Quadro 3.15 Determinao do teor de cloretos do beto

ENSAIO 2.DI Determinao do teor de cloretos do beto.

Parmetro medido

Percentagem de ies cloro presentes em amostras de pde beto recolhidas in-situa partir da realizao de 3 furosa profundidades diferentes (perto da superfcie, ao nveldas armaduras e 3 cm abaixo das armaduras).


Cuidados especiais Localizao prvia da posio das armaduras.

Fig. 3.10 Equipamento para determinao

do teor de cloretos do beto [6]

Fig. 3.11 Ensaio de determinao de

cloretos em curso [6]

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Quadro 3.16 Detector de corroso

ENSAIO 3.DI Detector de corroso.

Parmetro medido

Potencial elctrico da superfcie de beto relativamente a

um elctrodo de referncia. Desta forma identificam-se asreas onde a corroso est ou pode vir a estar presente.


Fig. 3.12 Ensaio da deteco de corroso numa parede de beto armado [6]

Quadro 3.17 Medio da resistividade

ENSAIO 4.DI Medio da resistividade do beto.

Parmetro medido

Resistividade do beto nas reas com grandeprobabilidade de corroso. Resistividades superiores a12km associa-se a taxas de corroso baixas eresistividades inferiores a 5km indiciam taxas de corrosoelevadas.


Cuidados especiais -

Fig. 3.13 Medio da resistividade numa viga [6]

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Quadro 3.18 Determinao da permeabilidade do beto ao ar e gua

ENSAIO 5.DI Determinao da permeabilidade do beto ao ar e gua.

Parmetro medido

Permeabilidade ao ar: Executa-se um furo no beto o qual

tapado de seguida e com uma bomba de vcuo reduz-sea presso do vcuo. Posteriormente mede-se o tempo quenecessrio para a presso de vcuo voltar ao valor inicial.

Permeabilidade gua: Executa-se um furo no beto oqual tapado de seguida injecta-se gua no furo comauxlio de uma seringa. Com o auxlio de um instrumento,mede-se o tempo que o beto demora a absorver 0.01mlde gua.

Os tempos medidos anteriormente relacionam-se com acapacidade de proteco das armaduras pelo beto.

Equipamento

Unidade central com comandos, dispositivo de leitura epontos de ligao de tubos de circulao do ar e da gua,agulha hipodrmica, tubos flexveis para gua e ar, bombade presso com vlvula de vcuo, seringa, filtro de ar etampes de borracha.

Fig. 3.14 Ensaio da permeabilidade do

beto gua [6]

Fig. 3.15 Ensaio da permeabilidade do

beto ao ar [6]

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Quadro 3.19 Levantamentos termogrficos

ENSAIO 6.DI Levantamentos termogrficos.

Parmetro medido

Radiao trmica emitida por elementos. Com esta tcnica

possvel fazer uma levantamento de vrios pormenoresdo elemento observado uma vez que diferentes materiaisreagem de forma diferente s solicitaes trmicas.


Fig. 3.16 Observao termogrfica de uma parede [6]

Quadro 3.20 Deteco de delaminao superficial do beto

ENSAIO 7.DI Deteco de delaminao superficial do beto.

Parmetro medido

Delaminao superficial do beto a partir da anlisequalitativa do som emitido pela superfcie do beto quandopercutida.

Se soar a oco ser uma zona delaminada.

Equipamento Martelo ou aparelho rodado denteado.

Fig. 3.17 Aparelho rodado dentado [6]

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Quadro 3.21 Monitorizao da abertura de fendas e fissuras

ENSAIO 8.DI Monitorizao da abertura de fendas e fissuras

Parmetro medido

Variao da abertura das fendas ou fissuras (fissurmetro)

e abertura de fendas e fissuras propriamente dita(comparador de fissuras e medidor ptico).

EquipamentoFissurmetro, comparador de fissuras, medidor ptico defissuras

Fig. 3.18 Fissurmetro [6] Fig. 3.19 Medidor ptico de fissuras [6]

Quadro 3.22 Observao boroscpica de fendas e cavidades

ENSAIO 9.DI Observao boroscpica de fendas e cavidades.

Parmetro medidoVisualizao e registo fotogrfico e de vdeo do interior deelementos estruturais com o auxlio de um boroscpio

Equipamento Boroscpio.

Fig. 3.20 Observao do interior de uma

viga [6]

Fig. 3.21 Observao do interior de um

pavimento [6]

3.5ENSAIOS DE DURABILIDADE EM LABORATRIO

Os ensaios de durabilidade em laboratrio realizam-se complementarmente aos ensaios in-situ e com

estes permitem uma caracterizao bastante pormenorizada das caractersticas dos materiais que

influenciam a durabilidade da estrutura.

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Nos quadros que se seguem, descrevem-se sucintamente alguns dos ensaios de durabilidade mais

correntemente realizados em laboratrio.

Quadro 3.23 Ensaio de absoro de gua por capilaridade

ENSAIO 1.DL Ensaio de absoro de gua por capilaridade.

Parmetro medido

Coeficiente de absoro de gua. Uma face dos provetes colocada dentro de gua (at 5mm) durante 4 horas, sendoque a rea molhada vai aumentando ao longo do tempo.

O coeficiente de absoro de gua determina-se a partir deuma relao entre a absoro de gua por unidade de reae o tempo.


Quadro 3.24 Ensaio de absoro de gua por imerso

ENSAIO 2.DL Ensaio de absoro de gua por imerso.

Parmetro medido

Absoro de gua. Os provetes so inicialmente secosdurante 72 horas a uma temperatura de 105C, eposteriormente pesados (M1). Seguidamente so imersosem gua durante 30 minutos e pesados novamente apsesse perodo de tempo (M2).

A absoro de gua, A, determina-se a partir da seguinterelao:

A = (M2 M1) / M1


Quadro 3.25 Ensaio de permeabilidade gua

ENSAIO 3.DL Ensaio de permeabilidade gua.

Parmetro medidoVolume de gua que atravessa uma amostra submetida a

uma presso de gua numa face.Equipamento Equipamento diverso a definir pelo operador qualificado.

Quadro 3.26 Ensaio de permeabilidade ao gs

ENSAIO 4.DL Ensaio de permeabilidade ao gs.

Parmetro medidoVolume de gs que atravessa uma amostra submetida auma presso de oxignio numa face.


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Quadro 3.27 Ensaio de difuso de cloretos

ENSAIO 5.DL Ensaio de difuso de cloretos.

Parmetro medido

Coeficiente de difuso de cloretos.

Ensaio tipo 1 Coloca-se uma amostra de beto nafronteira entre duas cmaras, uma saturada com cloretos eoutra sem cloretos. Aps algum tempo, determina-se ocoeficiente de difuso de cloretos, medindo a concentraode cloretos em ambas as cmaras.

Ensaio tipo 2 Coloca-se uma amostra de beto em guasaturada com cloretos e, aps algum temp

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