Luís Neves - Reabilitação de Estruturas Metálicas_FCTUC

8/20/2019 Luís Neves - Reabilitação de Estruturas Metálicas_FCTUC

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0

1- Introdução:

1.1 Enquadramento e actuais conceitos de análise e

dimensionamento

Caso Português:

Regulamento de estruturas de aço para edifícios (REAE) – 1986,

com adaptações do anterior regulamento, sobretudo para ir de encontro

ao RSA

Documento tecnicamente desactualizado

Limitado relativamente ao dimensionamento plástico, fenómenos

de instabilidade e de ligações de estruturas metálicas

Regulamento de segurança e acções em estruturas de edifícios e

pontes (RSA) – documento actual, conceito de coeficientes parciais de

segurança

Prática anterior (em particular nas estruturas metálicas) -. Coeficientes

globais de segurança, com tensões admissíveis.

Prática de utilização de estruturas metálicas em Portugal foi, até há

poucos anos, limitada, sendo relevante em pontes e estruturas

ferroviárias.

Começa-se a assistir a um desenvolvimento da construção metálica e

mista, em novas estruturas

São usadas com alguma frequência em reabilitação e reforço estrutural,

dadas as vantagens que incorporam relativamente a outras soluções.


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Nível Europeu:

Uniformizar regras de cálculo e dimensionamento para os diversos tipos

de estruturas (desde 1975). Com esse objectivo foi criada em 1990 no

seio do Comité Europeu de Normalização, a Comissão Técnica CEN/TC

250. Foram então introduzidos os

1.2 Eurocódigos estruturais:

EN 1990 Eurocódigo: Bases de projecto

EN 1991 Eurocódigo 1: Acções em estruturas

EN 1992 Eurocódigo 2: Projecto de estruturas de betão

EN 1993 Eurocódigo 3: Projecto de estruturas metálicas

EN 1994 Eurocódigo 4: Projecto de estruturas mistas aço- betão

EN 1995 Eurocódigo 5: Projecto de estruturas de madeira

EN 1996 Eurocódigo 6: Projecto de estruturas de alvenaria

EN 1997 Eurocódigo 7: Projecto geotécnico

EN 1998 Eurocódigo 8: Disposições para estruturas resistentes

aos sismos

EN 1999 Eurocódigo 9: Projecto de estruturas de alumínio

Estes documentos serão ainda complementados com Anexos

Nacionais, que poderão incluir disposições específicas aplicáveis a

cada País aderente. Numa primeira fase os EC’s apresentaram-se sob a

forma de pré normas (ENV), tendo sido recentemente aprovadas as

normas definitivas que substituirão os regulamentos nacionais.


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O Eurocódigo 3 (EC3) encontra-se dividido nas seguintes partes:

EN 1993-1 Regras gerais e regras para edifícios

EN 1993-2 Pontes

EN 1993-3 Torres, mastros e chaminés

EN 1993-4 Depósitos, silos e oleodutos

EN 1993-5 Estacas

EN 1993-6 Estruturas de aparelhos de elevação

A parte fundamental do Eurocódigo 3 (EN1993-1) é ainda subdividida:

EN 1993-1-1 Regras gerais e regras para edifícios (EC3-1-1) EN 1993-1-2 Resistência ao fogo

EN 1993-1-3 Elementos e chapas finas enformados a frio

EN 1993-1-4 Aço inoxidável

EN 1993-1-5 Elementos laminares

EN 1993-1-6 Resistência e estabilidade de cascas

EN 1993-1-7 Resistência e estabilidade de elementos planos

carregados transversalmente

EN 1993-1-8 Ligações metálicas (EC3-1-8)

EN 1993-1-9 Fadiga

EN 1993-1-10 Fractura

EN 1993-1-11 Dimensionamento de elementos traccionados

EN 1993-1-12 Aços de alta resistência

O Eurocódigo 4 (EN 1994) – Projecto de Estruturas Mistas Aço-Betão

está dividido em 3 partes:

Parte 1-1 Regras gerais e regras para edifícios

Parte 1-2 Resistência ao fogo

Parte 1-3 Pontes


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(

1.3 Filosofias de dimensionamento

Relativamente às bases de projecto, o Eurocódigo 0 apresenta:

Princípios gerais comuns aos EC’s (ex. princípios e regras de

aplicação, simbologias, referências normativas, etc)


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2


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:

Requisitos, como noções de segurança, fiabilidade, horizonte de

vida das estruturas (ex. edifício corrente 50 anos)

Princípios de dimensionamento de acordo com os estados limites

o Estados limites últimos

o Estados limites de utilização

Variáveis de base

o Classificação de acções (G, P, Q, A)

o Noção de valor característico

o Outros valores (de combinação, frequente, etc)

o Outras acções (dinâmicas, ambientais, etc)

o Materiais, valores característicos das propriedades

o Dados geométricos (dimensões, imperfeições, tolerãncias)

Princípios genéricos de análise estrutural e dimensionamento

suportado em ensaios

o Classificação de acções (G, P, Q, A)

Verificação da segurança através do método dos coeficientes

parciais de segurança


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C


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D


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G

Estados limites últimos


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H

Estados limites últimos: combinações de acções


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0

Anexo 1 do EC 0: aplicação a edifícios


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Estados limites de utilização:

Em estruturas metálicas consideram-se geralmente E. L. de:

i) deformação;

ii) vibração.

Os valores limites para os estados limites de utilização, de acordo

com o EC3-1-1, capítulo 7 e com a EN 1990 - Bases de projecto,

são objecto de acordo entre o dono de obra e os projectistas; os

Anexos Nacionais poderão vir a estabelecer estes limites.

Para a verificação do estado limite de deformação em estruturas

metálicas correntes, são apresentados a seguir alguns limites,

apenas com valor indicativo.

Deformações verticais em vigas (R. Simões, 2005)

w c = contra-flecha;

w 1 = flecha devida às acções permanentes, logo após a sua

aplicação;w 2 = flecha devida aos efeitos diferidas das acções permanentes;

w 3 = flecha da viga devida às acções variáveis;

w tot = flecha total igual à soma w 1 + w 2 + w 3;

w máx = flecha máxima em relação ao eixo recto entre apoios.


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(

Valores limites para os deslocamentos verticais (R. Simões, 2005)

Condições w máx

Coberturas em geral L /200

Coberturas utilizadas frequentemente por pessoas L /250Pavimentos em geral L /250

Pavimentos e coberturas que suportem rebocos ououtros acabamentos frágeis ou divisórias não flexíveis

L /250

Vigas em consola (L = 2 Lconsola ) Limitesanteriores

δ ∆

(00

≤

:00≤∆

Valores limites para os deslocamentos horizontais em pórticos (R. Simões, 2005)

Estados limites de utilização: combinações de acções (EC 0)


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2


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:

1.4 Perspectiva geral das acções relevantes (de exploração

e excepcionais), num contexto de reabilitação estrutural.

Relativamente às acções a considerar no dimensionamento deestruturas novas, reforços de estruturas ou na reabilitação e reconversão

de estruturas existentes, o Eurocódigo 1 está dividido em 2 partes:

EN 1991-1: parte mais geral, cobre acções em edifícios e acções

de diversos tipos em estruturas em geral (7 partes):

o

EN 1991-1-1: acções gerais, densidades, pesos próprios,acções em edifícios

o EN 1991-1-2: acção do fogo

o EN 1991-1-3: acção da neve

o EN 1991-1-4: acção do vento

o EN 1991-1-5: acção térmica

o EN 1991-1-6: acções durante a execução

o EN 1991-1-7: acções acidentais na sequência de impactos

ou explosões

EN 1991-2: acções em pontes e sua modelação.

A parte 1.1do Eurocódigo 1 apresenta:

Princípios gerais comuns aos EC’s

Classificação das acções (PP e acções impostas)

Situações de dimensionamento (generalidades sobre situações decarregamento de estruturas)


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C

Densidades de materiais de construção e armazenados –

complementado com o Anexo A: tabelas, exemplo:

Exemplo de tabela do anexo A do EC1 1-1

Pesos próprios – considerações

Acções impostas em edifícios

o Edifícios residenciais, comerciais e administrativos (exemplo)

o Armazéns e actividades industriais

o Garagens e zonas utilizadas por veículos (excl. Pontes)

o Coberturas

o Acções específicas em guardas


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D


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G

1.5. Algumas propriedades dos materiais

Os aços laminados a quente (aços macios correntes), caracterizados

por percentagens de carbono baixas (da ordem dos 0.2 %), apresentamas seguintes tensões características (EC3):

Valores nominais da tensão de cedência f y e da tensão de rotura à tracção f u dos

aços macios correntes (EN 10025-2) – R. Simões, 2005

Espessura t (mm)

Tipo de aço t 40 mm 40 mm t 80 mm

f y (N/mm2

) f u (N/mm2

) f y (N/mm2

) f u (N/mm2

)S 235 235 360 215 360

S 275 275 430 255 410

S 355 355 510 335 470

S 450 440 550 410 550

e as seguintes propriedades complementares:

Módulo de elasticidade E = 210 000 N/mm2;

Módulo de distorção G = E / [2(1+ν )] N/mm2;

Coeficiente de Poisson ν = 0.3;

Coeficiente de dilatação térmica linear α = 12x10-6 /ºC;

Massa volúmica ρ = 7850 kg/m3.

Em geral os aços macios correntes verificam as seguintes condições de

ductilidade, necessárias para a adopção de métodos plásticos de

análise global das estruturas ou dos seus elementos (EC3):

f u / f y ≥ 1.1;


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H

Extensão após rotura de um provete com um comprimento inicial

de 5.65√A0 (sendo A0 a área da secção transversal) não inferior a

15%;

ε u ≥ 15 ε y .

Os aços dos perfis enformados a frio em geral apresentam tensões

limite de elasticidade superiores às do aço de base (Parte 1.3 do EC3).

Os aços dos elementos de ligação (parafusos, porcas, anilhas,

soldaduras, etc.) possuem características mais específicas (Parte 1.8 do

EC3).

Nas soldaduras, independentemente do processo de execução, o metal

de adição deve apresentar propriedades idênticas às do metal base.


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(0

2- PATOLOGIAS:

2.1 Corrosão

A corrosão apresenta-se como um campo de investigação de grande

interesse.

A título ilustrativo refira-se que nos Estados Unidos da América, cerca de

40% das pontes são construídas em aço. Em alguns estados, como no

Michigan, o número ultrapassa os 60%. Existe a necessidade de

estabelecer critérios racionais que possam ser usados de forma a

determinar o estado de tensão actual dos membros afectados, e

consequentemente avaliar a segurança dessas estruturas sujeitas a

corrosão Por isso, foram surgindo ao longo dos tempos alguns modelos

de deterioração para a análise de pontes metálicas com problemas de

corrosão.

A primeira causa de corrosão é a acumulação de água e sais. As fontes

principais da acumulação desta mistura são as escorrências da

plataforma ou a condensação. A proveniência desta mistura determina, a

maioria das vezes, o tipo de corrosão na estrutura.

As consequências provocadas por corrosão dependerão da

contaminação da mistura e da temperatura ambiente.

2.1.1 Corrosão como processo electroquímico e tipos de corrosão

Os metais mais comuns existem na natureza como compostos de

minério, nomeadamente óxidos.

O processo de extracção de um metal é basicamente:

Composto → Metal


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(

Os metais reagem espontaneamente com líquidos ou gases, através de

reacções químicas, e obtém-se um produto de corrosão semelhante ao

composto químico que deu origem ao metal, isto é, basicamente o

inverso do processo de extracção.

Ferrugem = Oxido de ferro com água ligada quimicamente.

Os produtos de corrosão podem também funcionar como protecção,

quando os metais se corroem ao ar (corrosão seca).

Na maioria dos casos, a corrosão dá-se num ambiente húmido (HRsup a 60%), sendo os produtos da corrosão solúveis. A destruição pode

ser concentrada em áreas adjacentes a um metal mais nobre, ou em

pontos onde há menos oxigénio

Esta corrosão é electroquímica: o metal imerso num líquido condutor tem

áreas de maior resistência eléctrica que outras (célula de corrosão):


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(

Uma corrente eléctrica forma-se do pólo negativo (ânodo) para o positivo

(cátodo), dissolvendo ou corroendo o pólo negativo.

Existe ainda um tipo de corrosão denominado por corrosão galvânica,que consiste na destruição do metal menos nobre da série galvânica, e

na protecção do mais nobre, quando ligados directamente, na presença

de um electrólito.

Série galvânica, do metal mais activo (anódicos), para o menos activo

(catódicos):

1. Alumínio – usado para proteger o aço

2. Zinco – usado para proteger o aço

3. Ferro

4. Aço

5. Aço inoxidável – substitui eficazmente o aço relativamente

à corrosão

6. Chumbo

7. Cobre

8. Prata

9. Ouro

10. Platina

O potencial de corrosão galvânica aumenta com o aumento da diferença

de potencial entra os dois metais.


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((

A corrosão electroquímica pode ser muito localizada, algumas das

razões são:

O aço, em virtude do processo de fabrico, tem uma camada deóxido, que é catódica, e o aço anódico

Não é uma camada contínua, e por isso não é uma barreira

protectora, e nas descontinuidades formam-se células de corrosão

Pequenas partes de aço sem essa barreira no meio de grandes

áreas com barreira dão origem à corrosão por picadas:

ilustração da corrosão por picadas


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(2

Enformagem a frio, soldaduras, etc produzem zonas de

concentração de tensões com formação de cátodos e ânodos:

As zonas menos oxigenadas comportam-se como células de

corrosão:

As imperfeições de superfície do aço enformado a frio tambémpotenciam a corrosão:


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(:

2.1.2 Protecção contra a corrosão

Efeitos das condições da superfície e ambientais:

A corrosão é mais provável quando existe:

Humidade elevada

Poluição (para fornecer impurezas, como sulfidos e cloridos)

Presença da camada de óxido com descontinuidades

Decisão de proteger os aços tem que passar pela resposta às questões:

a) de quê? Qual o ambiente?

b) Esse ambiente mudará no futuro?

c) Existem factores ambientais que representem um risco

acrescido, como por exemplo a poluição?

d) A protecção contra a corrosão deverá ser igual em toda a obra?

e) O sistema de protecção escolhido é económico sob os pontos

de vista da aplicação e da manutenção?

Sistemas de protecção: aplicar uma camada suplementar no aço, por

forma a funcionar como um ânodo, como uma barreira, ou das duasformas. Os processos mais comuns são a pintura, galvanização,

protecção de zinco ou alumínio, ou suas combinações


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(C

Protecção catódica

Uso de ânodos sacrificáveis para num processo electrolítico envolver o

aço de forma gradual e natural por uma camada protectora:

Alguns sistemas recorrem à indução de corrente eléctrica. Devem ser

especificados com rigor, não esquecendo que os ânodos, porque se

corroem, têm que ser inspeccionados e substituídos.


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(D

2.1.3 Tipos especiais de aços

Aço inoxidável

Este material tem um efeito decorativo e é sobretudo usado como

revestimento de fachadas, corrimãos, guardas, equipamento, etc.

A sua resistência à corrosão advém essencialmente da presença, na sua

composição, de crómio, que ajuda a formas uma fina camada protectora

de óxido, também esteticamente interessante.

Custa cerca de 10 vezes mais do que o aço carbono.

“Weathering Steels”

Este aço tem adições na liga de 1 a 2% de metais como cobre, crómio,

níquel, etc.

São mais resistentes à corrosão do que os aços não ligados, já que seforma uma película protectora, na presença de um ambiente com ciclos

de secagem e molhagem com oxigénio. Não são por isso adequados a

ambientes submersos ou enterrados.

2.1.4 Detalhamento de estruturas metálicas com vista à minoração

da susceptibilidade à corrosão

O dimensionamento de uma estrutura metálica com vista à minoração da

susceptibilidade à corrosão deverá ter em conta:

O método de protecção mais adequado, sua aplicação e

manutenção, nomeadamente no que respeita à acessibilidade dos

detalhes


38/164

(G


39/164

(H

Os detalhes construtivos escolhidos devem ter em conta diversos

aspectos:

o Eliminar bolsas e cantos onde se possam acumular sujidades

e água:


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20


41/164

2


42/164

2


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2(

o Eliminação de cantos e arestas vivos.


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22

o Providenciar acesso fácil para pintura, nomeadamente o uso

de trincha ou pistola:

o Áreas inacessíveis devem ser protegidas através de um

sistema protector dimensionado para durar o tempo de vida

da estrutura.

o Há secções mais adequadas à aplicação de um determinado

sistema protector do que outras (por exemplo secções

tubulares


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2:

o No caso de ser previsível a corrosão galvânica, devem ser

tomadas medidas especiais de protecção:


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2C

2.1.5 Protecção das superfícies: aspectos tecnológicos.

Preparação da superfície:

É muito importante e faz parte do processo de protecção da corrosão. É

nomeadamente necessário remover a camada de óxido, e os métodos

normalmente usados para esse fim são:

“Weathering”

Consiste em deixar “ao ar” os elementos de aço. O tempo necessário

para que 90 % dessa camada seja removida de chapas de aço de 9mm

de espessura varia entre 9 meses (atmosferas industriais) e 5 anos

Processos mecânicos de lixagem ou escovagem

Pouco eficazes

Pistolas pneumáticas

Mais eficazes, funcionam por contacto mecânico de peças metálicas

contra a peça de aço, porém o processo é lento

Uso de chama

A dilatação diferencial causa o descolamento da camada de óxido. Mas

só funciona para elementos de aço de espessura superior a 5 mm.

Uso de ácidos

Consiste num banho de uma solução ácida em fábrica que remove a

camada de óxido, normalmente seguido de um outro banho mais diluído

que funciona como uma protecção temporária à oxidação.


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2D

Projecção de elementos abrasivos

É um método eficaz, próprio para ser usado em fábrica, e deixa o aço

preparado para os revestimentos protectores.

Retirar gorduras e lixos:

Faz parte do processo de protecção da corrosão. Normalmente

consegue-se à custa da aplicação de emulsões de limpeza

Rugosidade da superfície:

Nomeadamente em consequência da projecção de elementos abrasivos

para limpeza, há que controlar o nível de rugosidade resultante (ISO

8503-1-1988). Controle é visual, através de um padrão de controle.


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2G

Revestimentos das superfícies:

Os revestimentos mais usados são, como referido, pintura,

galvanização, pulverização de alumínio ou zinco, ou combinações

destes métodos. De uma forma sumária, pode-se descrever cada um

destes processos:


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2H

Sistemas de pintura

As tintas têm 3 componentes: um componente resinoso que faz a

ligação, pigmentos que dão a cor e protecção, e solventes que permitemcontrolar a aplicação, secagem, etc.

Os diversos tipos de tintas, normalmente influenciados pela natureza da

primeira componente, caem fora do âmbito deste curso.

Habitualmente, um sistema de pintura é constituído por 3 componentes:

o Primários, cuja função é promover a aderência e proteger da

corrosão. A espessura desta componente é importante, pelo

que normalmente é especificada em mais do que uma

camada

o Base, que fornece a cor de base ideal para receber a tinta, e

constitui uma protecção adicional (esp. entre 25 e 100 µm)o Acabamento, fornece a cor desejada, e resiste ao ataque dos

elementos ambientais, abrasão, etc (esp. entre 25 e 100 µm).

Aplicação de materiais de envolvimento metálicos

o Galvanização a quente, onde se deposita uma camada de

zinco de cerca de 85 µm de espessura (valor usual)

o Aplicação de camadas de zinco ou zinco+alumínio mais finas

mediante sistemas especiais, normalmente aplicados a

chapas.


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:0

Pulverização de metais

É um processo que envolve um controle de qualidade exigente e deve

ser feito por pessoal especializado, para ser eficaz.

Pode ser levado a cabo em fábrica ou em obra.

Combinação de métodos

Envolve algumas particularidades, nomeadamente na escolha da

segunda camada (nomeadamente as tintas), que deverá ser apropriada

à camada anterior

2.1.6 Manutenção das estruturas metálicas no contexto da corrosão

As camadas de protecção requerem manutenção.

A visibilidade da corrosão pode acontecer já acompanhada de patologias

que devem ser evitadas, com diminuição do nível de segurança dasestruturas. Corrosão não visível pode levar ao colapso de elementos

estruturais ou de estruturas).

O método desejável para determinar a manutenção é através da

intervenção planeada a intervalos regulares, e manutenção de um

registo das patologias observadas com o objectivo de adequar os

intervalos de manutenção.

Este plano de manutenção deve ser uma peça de um projecto de

estrutura metálica, permitindo que esta cumpra os objectivos para que

foi projectada em boas condições de segurança e estéticas durante o

período de vida útil.


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:

A facilidade de manutenção depende do revestimento inicial:

Tintas à base derivados do petróleo ou tintas com composições

químicas particulares: são facilmente cobertas por camadassimilares, desde que a superfície seja previamente limpa.

Aço galvanizado: só são revestidos de forma segura (com tinta por

exemplo) desde que removida toda a oxidação aparente. Existem

primários específicos para melhorar a adesão da tinta à camada de

zinco.

Elementos revestidos com metais pulverizados: normalmente a

manutenção através de pintura não é adequada, sendo muitas

vezes de equacionar uma reaplicação completa da protecção.

2.1.7 Aspectos práticos da protecção da corrosão em edifícios

metálicos

Ligações

Os parafusos, porcas e outros elementos devem ser revestidos com o

mesmo cuidado que os elementos estruturais.

Deve ser tomado especial cuidado para não danificar elementos pré-

revestidos durante a montagem

Quando são especificados no projecto protecções contra a corrosão de

elevada performance, deve ser considerada a utilização de parafusos

especiais – aço inoxidável, por exemplo.

As soldaduras e sua vizinhança devem ser tratadas superficialmente

antes de revestidas com o material de protecção.


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:

Ambiente exterior e zonas em contacto com o exterior

O aspecto chave é o detalhamento, como oportunamente indicado, e a

especificação de sistemas de drenagem eficazes e adequados.

Zonas no interior de edifícios

Para além de aspectos particulares de ambientes agressivos (por

exemplo fábricas), normalmente não é necessário recorrer a disposições

especiais, podendo mesmo dispensar-se protecção.


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:(

Zonas das fachadas de edifícios

Se os elementos metálicos não estiverem protegidos contra a corrosão,

devem ser adoptadas disposições construtivas específicas, com oobjectivo de assegurar a drenagem e a manutenção da estrutura seca, e

assim impedir a corrosão:

quando existe contacto com o paramento exterior, é prudente, para além

de assegurar uma boa drenagem, usar galvanização (85 µm) ou pintura

epoxy (400-500µm).


54/164

:2

Casos especiais

Aço no betão armado: a abordar oportunamente

Perfis tubulares: raramente se recorre à protecção da parte

interior destes perfis. Se a secção está selada não há corrosão, se

o ar circula, a corrosão é diminuta. É prudente providenciar

orifícios nas zonas baixas para assegurar a drenagem de águas.

Elementos laminares de revestimento: são muito usadas chapas

de aço ou alumínio enformadas, eventualmente com protecção

térmica e acústica incorporada. As chapas de aço têm

normalmente protecção de zinco ou alumínio. Se forem usadas

chapas de alumínio há que ter em conta o isolamento dos

elementos estruturais de aço.

2.1.8 Aspectos práticos da protecção da corrosão em pontes

metálicas

As pontes metálicas têm uma duração de vida elevada (por exemplo 100

anos) e estão submetidas a ambientes agressivos, sendo a solução mais

económica uma protecção eficaz contra a corrosão. A escolha recai

habitualmente em pintura ou “weathering steel” para os elementos

estruturais principais e para detalhes elementos galvanizados a quente

ou aço inoxidável. É discutível a utilização de elementos de secção

fechada não protegidos interiormente.

Condições de exposição

Para além das condições climáticas específicas de cada ponte, existem

factores específicos que afectam a corrosão:


55/164

::

A parte inferior do tabuleiro, onde há quase permanência de

condensações

A presença de recantos que retêm águas e lixos

A susceptibilidade dos diversos elementos para a corrosão não é

igual (figura)

Áreas não lavadas pela chuva

Poluição atmosférica ou ventos dominantes

Espalhamento de sais em climas frios

Poluição dos veículos


56/164

:C

A humidade relativa do ar influencia fortemente a corrosão, sendo mais

preponderante a partir de 75%.

Sistemas habituais de protecção

A protecção de zinco é eficaz, sobretudo em zonas não poluídas.

Em atmosferas ácidas, como é o caso de zonas urbanas degrada-

se rapidamente, sendo preferível protecção de alumínio

o Galvanização a quente: consegue-se uma protecção entre 10a 12 anos com espessura entre 60 e 100 microns

o Pulverização de zinco ou ligas P)Q# G:Q: 0 microns

o Alumínio: 150 microns

A associação com tintas faz aumentar a efectividade da protecção

para cerca de 15 anos


57/164

:D

Aço inoxidável

Um exemplo é o tipo austenítico com D$GR D$HR . Começa a

corroer se a camada exterior se dissolver em água ligeiramente ácida.Existem composições químicas mais resistentes a essa corrosão, como

o tipo austenítico com 17% Cr, 11%Ni e 2-3% Mo. É uma liga adequada

a ambientes costeiros e industriais.

Weathering steel

Usado há mais de 30 anos com resultados mistos. Uma pesquisaefectuada nos EUA identificou que a principal causa para a falta de

sucesso é o uso de sais de degelo. Por isso este material deve ser

evitado onde se usam estes sais.

Por outro lado, para que se forme a camada protectora, é necessário

que o material sofra ciclos de secagem e molhagem, não tão facilmente

ocorrentes em superfícies horizontais, que podem reter água devido aimperfeições

Secções fechadas

Uma secção em caixão metálica não deve ser considerada como uma

secção fechada (não susceptível de corrosão). Devem por isso ser

pintadas no interior

Protecção dos diferentes componentes

Elementos do tabuleiro: pintura, galvanização, pulverização,

sistemas combinados ou weathering steel

Cabos e outros dispositivos, e elementos secundários: pintura,

galvanização, aço inoxidável


58/164

:G

2.1.9 Exemplos (Lourenço 2005)

Corrosão em painéis de alma

Corrosão nos apoios

Corrosão por drenagem insuficiente


59/164

:H

Uniões metálicas

Ligação inferior de viga


60/164

C0

2.2 Fadiga

2.2.1 Introdução

A verificação da fadiga toma especial importância no caso de estruturas

submetidas a um grande número de aplicações de carga, como é o caso

das pontes. A rotura pode acontecer ao fim de um determinado número

de aplicações de carga de valor inferior à carga de rotura estática.

A fadiga resulta da propagação lenta de fissuras micro ou

macroscópicas, o que só acontece em presença da flutuação da carga.A rotura dá-se quando essas fissuras atingem a dimensão crítica.

Geralmente acontece em regiões de concentração de tensões, como na

vizinhança de soldaduras.


61/164

C

Distribuição típica de tensões junto à soldadura

Estudo de mecanismos de fractura: a taxa de crescimento de uma

fissura é proporcional à raiz quadrada do seu comprimento, para amesma flutuação de tensão e mesmo grau de concentração de tensões.

Propagação muito lenta – problemas de detecção em inspecção rotineira

Historial típico de aumento da dimensão da fenda

rotura frágil de um elemento pela ligação


62/164

C

2.2.2 Definição da resistência à fadiga e vida útil da estrutura

Resistência à fadiga de um componente soldado: gama de tensão ( R)

que, flutuando com amplitude constante, causa a ruína dessa

componente após um número especificado de ciclos (N) - endurance

2.2.3 Principais factores que afectam a endurance à fadiga

Gama de tensão R

A resistência à fadiga do detalhe específico, definido através do

parâmetro a.

A resistência à fadiga, N, pode ser calculada por:

S Q∆σ% +

ou

#. S #. $ + #. ∆σ% /3

m é uma constante. Normalmente m=3.


63/164

C(

2.2.4 Curvas S-N

A expressão na forma logarítmica materializa-se em rectas,

denominadas curvas S-N. Exemplo:

2.2.5 Classificação dos detalhes

Os detalhes mais correntemente usados são agrupados por classes, de

acordo com evidência experimental – curvas S-N de dimensionamento


64/164

C2

2.2.6 Tipos de detalhes

Em cada classe existem diversos tipos de detalhe, de acordo com a

forma do elemento, a localização provável da 1ª fenda, as suas

dimensões, as exigências de fabrico e de inspecção - (EN 1993-1-9).

São tidas em conta as garantias de execução dos detalhes. Exemplo:


65/164

C:

2.3 Degradação das propriedades dos materiais

2.3.1 Rotura frágil (EN 1993-1-10)

A rotura frágil é um tipo de rotura que se produz bruscamente sem o

desenvolvimento de deformações apreciáveis que avisem do colapso

iminente. Na origem deste fenómeno pode estar a propagação repentina

de uma fissura (Cruz e Alvarez, 2000).

Para que uma rotura frágil possa ocorrer, é necessário que ocorram três

condições:

falta de propriedades adequadas do aço (tenacidade);

estado de tensão;

descida acentuada de temperatura.

A resistência à rotura depende, principalmente, das propriedades dosmateriais e da capacidade de redistribuição de cargas para outros

componentes estruturais. Estão descritos na literatura alguns casos de

colapso súbito estruturas (ponte de Rudersdorf-1938, ponte de Sully-sur-

Loire-1985)

2.3.2 Arrancamento lamelar ou folheação (EN 1993-1-10)

Acontece em estruturas laminadas, e na sua origem estão inclusões,

borbulhas de ar, impurezas, etc. Ao passar pelos trens de laminagem

estes defeitos assumem uma forma alongada que tende a separar o

material em folhas quando este for solicitado na direcção perpendicular

ao plano desses defeitos, como é o caso de placas de topo em vigas ou

placas de base de colunas.


66/164

CC

2.4 Acções

2.4.1 Assentamentos excessivos

Os assentamentos excessivos ou os assentamentos diferenciais estão

frequentemente associados a problemas geotécnicos. Só provocam

esforços em estruturas hiperestáticas.

Podem também estar relacionados com problemas dos aparelhos de

apoio. A correcção pode requerer o levantamento da estrutura para

permitir o reposicionamento ou substituição dos apoios. Todos os outroscomponentes devem ser analisados devido aos assentamentos.

Essencialmente, deve ser cuidadosamente revista a estabilidade do

elemento da infra-estrutura.

Em edifícios industriais deformações excessivas podem comprometer o

funcionamento de equipamentos como pontes rolantes.

2.4.2 Acções durante a construção

Durante a construção das estruturas podem ser aplicadas acções não

previstas, como por exemplo em consequência de armazenagem de

materiais. Se no caso das estruturas de betão armado essas acções

podem acontecer para idades dos betões onde a resistência não ésuficiente, com consequências ao nível da fendilhação e da deformação,

nas estruturas metálicas e mistas essas consequências podem ser mais

gravosas. De facto, podem ocorrer quando não estão ainda instalados

sistemas de contraventamento e acontecerem colapsos por

instabilidade.


67/164

CD

2.4.3 Acções em serviço

Podem ser observadas patologias em elementos estruturais resultantes

de acções de serviço não previstas no projecto, como em casos dereconversão de edifícios, alterações aos projectos das especialidades

(colocação de condutas, equipamentos, maquinaria). Normalmente

estão associadas a deformações excessivas, e é conveniente, nestes

casos, proceder a uma cuidadosa avaliação das acções suplementares.

2.4.4 Acções acidentais

2.4.4.1 Impactos

No transporte e montagem de uma estrutura metálica devem ser

adoptadas as protecções e as medidas necessárias para evitar, ou

minimizar, os danos de eventuais impactos: desde simples riscos do

sistema de protecção até à deformação acentuada de elementos.

Em pontes, o banzo inferior de vigas metálicas sofre frequentemente

danos de impacto. Os banzos inferiores, os reforços transversais e as

almas são os elementos que mais evidenciam os danos por impacto.

Também em parques de estacionamento ou instalações industriais com

pilares metálicos é necessário proceder à protecção dos pilares através

de grelhas metálicas, revestimento de betão, etc.


68/164

CG

2.4.4.2 Fogo

Aço estrutural – fraco desempenho em altas temperaturas

Elevada condutividade térmica – rápida propagação temperatura

Rápida degradação propriedades mecânicas: a partir dos 500-600º

o módulo de elasticidade do aço baixa drasticamente, pelo que

haverá deformações muito acentuadas, mesmo para esforços

reduzidos.

Fundamental: avaliar resistência das estruturas metálicas sob a acção

de incêndios.

Resistência ao fogo: estabilidade durante um período de tempo

suficiente para o combate às chamas e evacuação.

Dimensionamento:

Baseado em ensaios normalizados de resistência ao fogo em

fornalhas (curva de aquecimento ISO 834). A verificação é provar

que o elemento tem uma resistência ao fogo superior à exigida

regulamentarmente. A avaliação da temperatura do aço é o

objectivo último desta análise;

Avaliação do desempenho das estruturas ou dos elementosestruturais quando sujeitos a cenários de incêndio: via do cálculo.

São tidos em conta factores como a temperatura, tipo de incêndio,

consequências da exposição ao fogo, condições de carregamento,

etc – metodologia dos Eurocódigos. Permite maior economia na

protecção contra incêndio.


69/164

CH

Consequências de incêndios em estruturas metálicas (Vila Real 2003)

Estudos recentes têm vindo a permitir desenvolver regras de

dimensionamento. É exemplo o conjunto de ensaios à escala real de

edifícios de 8 pisos em Cardington – Reino Unido (Vila Real 2003):


70/164

D0


71/164

D

Portugal: regulamentação com um conjunto de disposições que visam

garantir em caso de incêndio:

Limitação dos fumos no interior Propagação do incêndio a construções vizinhas

Evacuar os ocupantes

Garantir a segurança das equipas de intervenção

Garantir a capacidade resistente durante um determinado período

de tempo.- classes de resistência ao fogo.

Capacidade resistente: divisão dos edifícios em classes de resistência

em função:

Tipo de edifício

Altura

Risco de incêndio

Por outro lado, os materiais estruturais ou de compartimentação são

igualmente classificados de acordo com o tempo desde o início de uma

acção de incêndio normalizada até ao instante em que deixa de cumprir

as suas funções.

Exigência de estabilidade (elementos apenas estruturais), estáveis

ao fogo – EF. Por ex. estável ao fogo 60 min: EF60.

Exigência de compartimentação (estanquidade) ou pára-chamas PC

Exigências de estanquidade e isolamento térmico – corta fogo CF


72/164

D

Qualificação

Exigência

EF PC CF

Estabilidade Sim Sim Sim

Estanquidade

chamas e gases

Não Sim Sim

Isolamento

térmicoNão Não Sim

Cálculo estrutural de acordo com a parte 1.2 do EC3:

Utilização de tabelas obtidas de ensaios experimentais

Métodos simplificados de cálculo, com fórmulas analíticas para

elementos isolados

Métodos avançados de cálculo, aplicados à globalidade da

estrutura, a sub-estruturas ou a elementos isolados.

Estrutura metálica não protegida: resistência ao fogo típica: 30 min.


73/164

D(

Medidas de aumento da resistência - reduzir a taxa de aquecimento:

aumento da massa de aço dos elementos

utilização de materiais de protecção térmica (mais económica) e

utilizável e reconversões ou reforço de edifícios. Resistência até 4

horas, conforme a natureza e espessura dos materiais usados.

Os diversos métodos de protecção podem ser agrupados em:

1. Protecção envolvendo o elemento

2. Protecção com resguardos ou ecrãs

3. Irrigação do aço

Materiais e sistemas de protecção (Vila Real 2003):

Materiais de protecção

1. Betão normal: material pesado, logo com grande capacidade

térmica

2. Betão celular, leve e de baixa condutividade térmica.

Vantagem de aumentar a durabilidade (ambientes agressivos)


74/164

D2

3 Gesso: sulfato de cálcio com cerca de 20 % de água. Grande

capacidade de absorção de calor, com vaporização de água.

Obriga à utilização de suporte adequado: ex. rede metálica

Protecção de gesso

4 Tintas intumescentes: derivados celulósicos com adição de agentes

orgânicos especiais e agentes dilatadores, que aumentam devolume a temperaturas elevadas, com aumento de espessura de

várias dezenas de vezes. Capacidade de retardar até cerca de 2

horas a temperatura crítica. Permitem um excelente acabamento, e

são a solução ideal quando se pretende manter a estrutura à vista.

Aplicação: decapagem do aço, aplicação de primário anti-corrosão,

aplicação da tinta, seguida de eventual acabamento final.


75/164

D:

%). 9,


76/164

DC

5 Vermiculite e Perlite: agregados minerais que se expandem sob a

acção do calor, podendo servir para a fabricação de painéis

protectores, ou para entrar na composição de argamassas leves.

Podem também ser projectadas.

6 Fibras minerais, como a fibra ou lã de rocha ou vidro. Podem entrar

na composição de rebocos projectados.

7 Argila expandida ou betão leve; a aplicar a granel, em torno do

elemento, como agregado de betão leve, em blocos pré fabricados


77/164

DD

Sistemas de protecção:

1. Envolvimento total, parcial ou enchimento


78/164

DG

2. Protecção do contorno, normalmente projectada, com um dosmateriais anteriormente referidos

3. Protecção em caixão: aplicação de placas rígidas pré fabricadas

de betão celular, vermiculite, gesso, etc

4. Protecção com mantas de fibra cerâmica, lã de rocha, etc.

Constituem uma boa alternativa em edifícios já em funcionamento,

pois são de aplicação limpa, mas devem ser usados em zonas

ocultas (fraco efeito estético);


79/164

DH

5. Protecção com resguardos ou ecrãs: podem constituir tectos

falsos, com função igualmente acústica ou estética, sendo por isso

uma alternativa económica


80/164

G0

6. Estruturas irrigadas: perfis tubulares cheios de água, criando-se

correntes naturais pela acção do incêndio. Existem depósitos no

topo dos edifícios, para evitar sobrepressões. Outra possibilidade é

a utilização de sprinklers.


81/164

G

2.4.4.3 Sismo

Uma das acções com carácter de excepção que maiores danos pode

causar a uma estrutura é o sismo. Desde os sismos de Northridge(1994) e de Kobe (1995), que um grande número de investigações

experimentais e teóricas têm sido desenvolvidas no Japão, nos EUA e

na Europa, sobre o comportamento sísmico de estruturas metálicas.

A palavra chave que deve caracterizar as estruturas metálicas e mistas

com vista à sua sobrevivência a um sismo intenso é

DUCTILIDADE

A ocorrência de um elevado número de roturas frágeis tornou evidente a

necessidade de melhorar o comportamento das estruturas, com especial

ênfase nas ligações.

Danos nas estruturas metálicas no sismo de Kobe (Gioncu e Mazzolani 2002)


82/164

G

Os tipos de ductilidade presentes numa estrutura são indicados na figura

seguinte:


83/164

G(

Exemplo de danos muito severos – Complexo. Pino Suarez – Sismo

Michoacan – México 1985


84/164

G2

Exemplo de danos em ligações no mesmo sismo


85/164

G:

Fracturas típicas em ligações de estruturas metálicas observadas no

sismo de Kobe:

As ligações (elemento fundamental), podem ser divididas em

componentes, e a caracterização do comportamento da ligação depende

do comportamento dessas componentes:


86/164

GC


87/164

GD

Como consequência, o comportamento das ligações será igualmente

muito dúctil, dúctil ou frágil.

O grau de sobreresistência das ligações normalmente preconizado pelos

regulamentos pode não ser suficiente com vista ao impedimento da

formação de rótulas nesses elementos. O reforço sísmico de um edifício

existente pode passar por uma intervenção nas suas ligações, por forma

a conferir-lhes ductilidade ou o seu reforço, por forma a afastar a rótula

plástica da zona da ligação.

Outra forma de afastar a rótula plástica da ligação, consiste em criar

uma zona mais fraca do que a ligação no elemento estrutural,

funcionando como “fusível”. Esta técnica pode ser aplicada a edifícios

existentes, desde que a capacidade resistente dos elementos (vigas)

tenha uma margem de segurança suficiente.


88/164

GG


89/164

GH


90/164

H0

Avaliação de perdas e danos resultantes de sismos

Nos EUA, a Federal Emergency Management Agency (FEMA) indica

custos de reparação de elementos estruturais e não estruturaisdanificados em função do custo do edifício e da aceleração basal. No

caso presente a comparação é feita com o sismo de Northridge.


91/164

H

2.5 Erros de concepção ou projecto

Os problemas de projecto podem estar relacionados com graves

problemas de segurança (no limite o colapso, c.f. instabilidade) ou comomais frequentemente acontece, com um mau desempenho das

estruturas, problemas de durabilidade, dificuldade de execução, etc.

2.5.1 Modelação estrutural

Um dos primeiros erros encontra-se na modelação estrutural. O facto

dos softwares actuais fornecerem grandes quantidades de informaçãonão significa que o utilizador obtenha os resultados pretendidos. Um

apoio mal colocado, uma propriedade física indevidamente atribuída, ou

um simples parâmetro de entrada a que não foi dada a devida atenção

pode conduzir a resultados indesejados e inadequados.

Um erro frequente tem que ver com a utilização de modelos que não

tenham capacidade de reproduzir fielmente a realidade, quer pelautilização de elementos finitos desajustados (por exemplo, utilização de

elementos de placa sem deformabilidade axial em elementos laminares

com fortes esforços axiais), ou uma discretização desadequada.

Outro problema pode ter que ver com a incorrecta modelação de apoios

ou elementos que funcionem apenas para alguns esforços (por exemplo

aparelhos de apoio de neoprene ou cabos), não sendo detectado que o

sinal do esforço correspondente está na direcção contrária ao possível

funcionamento do elemento.

2.5.2 Avaliação de acções

Outro erro relativamente comum é o da omissão ou sub-avaliação de

cargas. Em muitos projectos, para além da deficiente quantificação das


92/164


93/164

H(

Pode ser particularmente crítica a ausência de contraventamentos

durante a fase construtiva de elementos que serão contraventados na

fase de exploração – caso das vigas mistas, por exemplo.

2.5.4 Ligações

As ligações entre elementos estruturais são partes fundamentais das

estruturas. É também nas ligações que existem grandes concentrações

de esforços.

Deficientes concepções, modelações ou pormenorizações das ligações

podem conduzir a patologias diversas.


94/164

H2

A concepção das ligações tem que ser adequada aos esforços a que

estas venham a transmitir.

As propriedades fundamentais que caracterizam uma ligação são:

A resistência

A rigidez

A capacidade de rotação

Em ligações mais simples a rigidez não tem um papel relevante.

Um dos princípios fundamentais a que a concepção de uma ligação

deve obedecer é a de ter uma boa ductilidade, ou seja, esgotada a sua

capacidade resistente, esta deve poder suportar deformações

consideráveis por forma a poder permitir redistribuições de esforços

entre secções ou proporcionar à estrutura uma ruína dúctil.

exemplos de colapso de ligações sob acção da sucção do vento:


95/164

H:

2.6 Durabilidade

A ausência de preocupações de durabilidade na fase de projecto têm

consequências económicas na exploração da estrutura, aumentando osseus custos de exploração. A falta de meios para uma manutenção

adequada pode levar a casos de deterioração extrema.

Perda de estanquicidade

Penetração da humidade

Falta de acessibilidade: corrosão

2.7 Defeitos de fabricação e montagem

Excentricidade das ligações: Esta é uma patologia comum

observada em estruturas metálicas. A título de exemplo, refira-se a

excentricidade de bases de colunas, com efeitos sobre a

verticalidade dos pilares, ou o desajuste em obra de ligaçõesaparafusadas com furação feita em fábrica.

Erros de corte: erros de corte, com arestas vivas e entalhes sem o

devido tratamento geométrico provocam, para além de

inconvenientes estéticos, pontos de concentração de tensões

favoráveis ao surgimento de rotura por fadiga


96/164

HC

Soldadura: O controle de soldaduras é essencial ao seu bom

desempenho. Existem diversas técnicas de conseguir uma

soldadura de qualidade, mas é mais fácil atingir essa qualidade em

fábrica do que em obra. Por esse motivo devem-se privilegiar asligações aparafusadas em obra, deixando para o estaleiro, tanto

quanto possível, ligações aparafusadas.

A título de exemplo, veja-se a comparação de percentagem de

fracturas em ligações soldadas em fábrica e em estaleiro,

resultante do sismo de Kobe (Gioncu e Mazzolanni 2002):


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HD

Protecção: os defeitos de protecção, podem dar origem a

patologias, quer resultantes de impactos, de fogo, ou, na situação

mais comum, resultantes de deficiente protecção contra a

corrosão. Estes aspectos foram abordados nos parágrafoscorrespondentes. Porém, importa apenas referir que uma

protecção mal especificada ou uma deficiente inspecção durante a

realização dos trabalhos ou periodicamente durante a vida da

estrutura, podem trazer consequências para a sua segurança, ou,

pelo menos, custos acrescidos de manutenção.


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HG

6- Utilização de estruturas metálicas (reabilitação e reforço)

6.1 Introdução

A tendência actual é de preservação da herança arquitectónica, o que

está intimamente ligado com as seguintes intervenções em edifícios

antigos, normalmente ligadas à sua danificação ou alteração de

utilização:

Reforço

Reutilização

Modernização

Actualmente uma preocupação de projecto (estrutural e não estrutural)

deve ser a possibilidade de intervenção futura neste domínio.

As intervenções são naturalmente realizadas ou em edifícios comuns ou

em edifícios de interesse arquitectónico. Em ambos os casos o aço,

através de estruturas metálicas é um material de eleição, pois:

É estruturalmente eficiente

É arquitectonicamente interessante

Facilmente pré-fabricado em componentes

Montagem simples e rápida (ligações), e minimização de

equipamento

Minimização da privação de uso, quer pela montagem, quer pela

imediata resistência


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HH

6.2 Níveis de reconstrução

Do ponto de vista estrutural, os trabalhos com estruturas metálicas

podem ser classificados como:

Assegurar segurança

Reparação

Reforço

Reestruturação

A salvaguarda de um determinado nível de segurança pode ser uma

intervenção na sequência de uma acção acidental, tal como sismo ou

impacto, ou uma deterioração não monitorada, como no caso da

corrosão. Pode ser necessário recorrer a estruturas provisórias.

Após a salvaguarda de segurança, segue-se então a reparação e/ou o

reforço

A reparação significa devolver ao edifício a sua segurança pré-existente.

O reforço significa aumentar o seu nível de segurança, quer por

deficiências de projecto ou execução, quer pela necessidade de

reconversão. As intervenções de reforço podem ser:

Alterações a elementos estruturais individuais, sem alterar

significativamente o seu desempenho global

Alterações profundas e globais

A reestruturação por seu lado envolve alterações profundas, como no

caso de extensão horizontal ou vertical, ou na formação de espaços

livres.


100/164

00

6.3 Estruturas temporarias

Pela sua eficiência, facilidade de execução e montagem, e também de

desmontagem, as estruturas metálicas são das mais adequadas a estautilização particular. Referem-se algumas aplicações concretas:

6.3.1 Suportes verticais provisórios

É exemplo o escoramento com perfis laminados de colunas de pedra

Palazzo Carigliano, Turin, Italy

A execução de aberturas em paredes de pedra ou alvenaria necessitam

de apoios temporários, até à instalação da estrutura definitiva. Caso

sejam usadas vigas metálicas é necessário verificar a sua segurança

relativamente a:

Capacidade resistente das secções à flexão e esforço transverso


101/164

0

Encurvadura lateral

Ligações (se aplicável)

Needles and props used for temporary vertical support to wall duringreconstruction work.(ESDEP)

6.3.2 Estabilização de elementos verticais

A estabilização de elementos verticais, frequentemente fachadas, pode

ser realizada através de estruturas metálicas de diversos tipos,

colocadas:

Exteriormente, que praticamente não interferem com os trabalhosno interior, sendo apenas de realizar previamente os trabalhos de

remoção de portas e janelas. Tem no entanto os inconvenientes

relacionados com a ocupação da via pública em meios urbanos

Interiormente, não tendo os inconvenientes atrás citados, mas que

pode interferir seriamente com os trabalhos ou mesmo com a


102/164

0

definição da estrutura. Porém, a estrutura temporária pode em todo

ou em parte ser aproveitada para estrutura definitiva.

Facade retention systems (ESDEP)

escoramento de fachada


103/164


104/164

02

É fundamental o contraventamento da estrutura face às acções

horizontais, e para não ocupar a via pública nem restringir demasiado o

espaço interior, a incorporação de tirantes poderá ter que ser a solução:

Temporary steel ties to prevent spread across façade (ESDEP)

Execução de caves:

Construction of a new basement - to achieve the maximum lettable floor area - aspart of a refurbishment contract in the centre of London (ESDEP)


105/164

0:

6.4 Soluções construtivas metálicas (reabilitação e reforço)

O dimensionamento deste elementos passa, normalmente:

Pela avaliação das acções

Pela avaliação da resistência dos elementos existentes

Pela decisão do nível de reforço (interacção reforço-estrutura)

Avaliação dos esforços nos elementos de reforço

Dimensionamento dos elementos de reforço: chapas traccionadas,ao corte, à compressão, elementos de ligação como parafusos ou

soldaduras

Avaliação dos esforços de conexão aço betão e seu

dimensionamento.

Deve ser incorporada protecção contra o fogo (se aplicável, por exemploem estruturas de betão armado) e corrosão.

Faz-se aqui uma ilustração da utilização de estruturas metálicas no

reforço de estruturas de diferentes materiais.

6.4.1 Reforço de estruturas de alvenaria

Para fazer face às acções verticais ou horizontais, como no caso de

assentamentos de fundações, ou acções sísmicas.

No caso do reforço face a acções verticais, pode usar-se:

Ladear os pilares de pedra por pilares metálicos

Inserir pilares metálicos ao longo da fachada e a ela ligadospontualmente


106/164

0C

Inserir estruturas metálicas na bordadura de aberturas

Post Office, Leeds, UK

No caso de reforço face a acções horizontais, pode recorrer-se:

Criação de anéis horizontais ligados entre si

Estabilização dos cantos dos edifícios através de perfis com

triangulações ou pórticos acoplados

Introdução de contraventamentos de estruturas metálicas por

ligação adicional entre elementos existentes

Introdução de contraventamentos de estruturas metálicas por

estruturas trianguladas


107/164

0D

travamentos de fachada

Exemplo de reforço de arcos de alvenaria


108/164

0G

6.4.2 Reforço de estruturas de madeira

Os tradicionais pavimentos de madeira podem ser facilmente reforçados

usando estruturas metálicas.

Reforço de vigas de Madeira por introdução de perfis metálicos paralelos

Reforço de vigas de Madeira por introdução de perfis metálicos paralelos


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Podem ser introduzidas variantes, como a utilização de cantoneiras,

chapas pregadas ou coladas na parte inferior ou lateral das vigas, ou

reforço pela parte superior do pavimento, com posterior betonagem de

betão leve (eventual cofragem colaborante)

6.4.3 Reforço de estruturas de betão armado

A solução mais comum passa pela colocação de perfis metálicos ou de

chapas metálicas convenientemente ligadas ao betão armado

(conectores, resinas, etc). Estas chapas são normalmente ligadas às

faces superiores e inferiores para aumentar a resistência à flexão ou àspartes laterais para reforçar ao esforço transverso.


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Reforço de lajes de betão usando perfis metálicos

Em lajes com capitéis o procedimento torna-se menos prático e mais

dispendioso.

laje fungiformes com capitéis salientes

Uma forma muito eficaz de reforço sísmico é a colocação de estruturas

metálicas de contraventamento


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diferentes contraventamentos


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Exemplo de contraventamento

6.4.4 Reforço de estruturas de aço ou ferro

Para reforçar estruturas metálicas existentes podem ser usadas diversas

técnicas (atenção às propriedades do material original). São exemplos a

soldadura de chapas de banzo ou de cantoneiras. Um exemplo a

assinalar é a mobilização da acção mista aço-betão, introduzindo

conectores.

A ligação entre os 2 elementos deve ser analisada cuidadosamente. Se

aparafusado deve ser analisada a perda de resistência provocada pela

furação na fase de montagem. Por outro lado deve ser avaliada asoldabilidade do material existente. Por exemplo o ferro forjado não pode


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(

ser soldado. Estruturas metálicas das décadas de 1910 a 1930

normalmente são constituídas já por aço carbono, podem ser soldadas

com eléctrodos apropriados mas requerem normalmente pré-

aquecimento para diminuir a taxa de arrefecimento.

exemplos de reforço

Devem ser realizados ensaios para avaliar o aço existente, pois existe a

possibilidade de ter havido reutilização de materiais.

Alguns aspectos tecnológicos:

Preferir soldadura por cordão a soldaduras de topo

Especificar soldaduras de fácil acesso (qualidade)

Orientar os cordões preferencialmente na direcção das tensões

As secções mais espessas necessitam provavelmente de um pre-

aquecimento, para que no processo de arrefecimento não haja

tensões residuais muito significativas

Controle de qualidade da soldadura real, através de ensaios

representativos.


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2

6.5 Modificações de estruturas de edifícios

Os níveis de intervenção já referidos podem resultar em:

inserção de partes da estrutura

extensão da estrutura

substituição de elementos estruturais ou não estruturais existentes

por materiais mais leves

substituição integral da estrutura - apenas mantendo fachadas (s).

exemplo de pavimento mais leve

Nestes trabalhos deve ser realizada cuidadosamente a avaliação

estrutural antes da intervenção, durante, e após, tendo em conta asalterações de distribuição de acções.

Muitas vezes a substituição completa de uma cobertura em madeira

pode ser aproveitada para incorporar uma estrutura metálica que tenha

simultaneamente funções de diafragma sismo-resistente.

Quanto aos aspectos económicos e político-sociais, importa realçar queembora a substituição integral de uma estrutura mantendo a fachada


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:

seja normalmente mais cara do que a execução de um edifício de raíz,

aquele procedimento pode permitir uma maior área de construção do

que um novo edifício, resultando numa relação final custo-benefício mais

favorável para o cliente. São frequentemente também soluções impostaspelas entidades licenciadoras, como no caso da manutenção de

fachadas em zonas históricas.

Os princípios gerais a que uma reestruturação deve obedecer são

basicamente os mesmos de uma nova estrutura, com os aspectos

adicionais de compatibilização com os elementos existentes, como as

fachadas e ligação a esses elementos. O processo construtivo com as

etapas de construção são também condicionantes importantes.

Um aspecto relevante é a deformação suportada pelos elementos não

estruturais pré-existentes (por exemplo fachadas), que podem

condicionar o dimensionamento de toda a nova estrutura

(deformabilidade horizontal, por exemplo).

O processo típico de reconstrução com estrutura metálica envolve as

seguintes etapas:

Fase de projecto:

o escolha global da solução, com os elementos a manter e os

elementos a demolir;

o a solução pode ser ditada pelo tipo de edifício (edifício onde

se pretende estrutura de madeira, por exemplo);

o escolha da solução para as lajes de piso, muitas vezes

condicionadas pela ponderação entre os vãos a vencer, as

aberturas existentes nas fachadas (a manter), as instalações


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C

especiais a incorporar, eventual existência de tectos falsos,

etc);

o esta ponderação levará à escolha do tipo de material

estrutural e ao funcionamento das lajes (1D ou 2D);

o uma grelha de vigas justapostas podem permitir a passagem

de condutas pararelamente às vigas secundárias. (quando

existe grande folga para o pé-direito);

o vigas tipo IFB podem ajudar a reduzir a altura estrutural e

facilitar a passagem de instalações, mantendo as vantagens

de uma solução mista aço-betão;

o vigas metálicas com aberturas nas almas (tipo encastelado

por exemplo) podem ser a melhor solução para vãos

apreciáveis;

o se as condições locais permitirem, o recurso a pré-lajes de

betão armado pode ser uma solução económica, pois

minimiza as cofragens. A melhor solução passa pela

incorporação de conectores aço-betão: acção mista;

o a cofragem de chapa metálica colaborante é uma boa

solução, pois além de eliminar a tradicional cofragem é de

simples manuseamento e montagem, e revela-se económica

no dimensionamento estrutural. A protecção ao fogo pode

ser conseguida através dos revestimentos adequados ou da

incorporação de armaduras secundárias. Tem a grande

vantagem de ser facilmente cortada em obra e por isso

acomodável às irregularidades dos elementos existentes.


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D

Fase de execução:

o estrutura metálica provisória de estabilização das fachadas

(se necessário);

o demolição da estrutura interior existente;

o execução da estrutura metálica. Neste aspecto deve ter-se

em conta, e logo desde a fase de projecto, à dimensão dos

elementos especificados, pois como referido a facilidade de

manuseamento reflecte-se numa redução de custos de

execução;

o preparação para a ligação da nova estrutura à fachada

existente. Esta solução depende se se pretende apenas

estabilizar a fachada ou se há transmissão de acções

verticais. Uma solução tradicional consiste em inserir

elementos metálicos (parafusos longos na alvenariaconvenientemente chumbados), ou furação completa da

parede com apoios do lado oposto. Atenção aos aspectos

relacionados com a corrosão, pode ser conveniente em

alguns casos usar elementos de ligação em aço inox.

o Em virtude da possibilidade de movimentos diferenciais das

fundações, uma solução conveniente pode passar pelaincorporação de elementos flexíveis na direcção vertical

o execução dos restantes elementos estruturais (betão armado

por exemplo).


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G

Ligação através de chapas – flexibilidade vertical.

Ligação através de cantoneiras aos pilares.


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Uma solução muitas vezes posta em prática é a execução da estrutura

metálica definitiva antes da demolição (total ou parcial, apenas na

vizinhança das fachadas), usando-a ao mesmo tempo para estabilizar a

fachada, poupando a estrutura provisória. Este processo tem maiorviabilidade no caso de interiores em madeira. As vigas podem ser

incorporadas por baixo ou por cima da estrutura a demolir.

Execução prévia da estutura com travamentos provisórios.

Fase de demolição com estrutura pré-executada.


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Fase de construção da restante estrutura.

6.6 Alguns exemplos (case studies )

6.6.1 : Office Building, Sea Containers Limited, London,

Great Britain

Foi construída a estrutura de um edifício com 12 pisos destinado umhotel, mas o projecto foi abandonado. Na estrutura inicial, nos pisos

superiores a transmissão de acções era realizada através de paredes

espaçadas de 3,6 m (dimensão padrão dos quartos), e nos pisos

inferiores toda a estrutura descarregava em pilares fundados por

estacas, com vãos de 7,2m.

O edifício foi comprado por uma empresa que pretendia transformar o

edifício em escritórios, com espaços amplos. Era então necessário

substituir o as paredes por uma estrutura porticada metálica que

suportasse as lajes.

Para facilitar a execução, a demolição das paredes não se concretizou

até às fachadas, deixando troços junto as estes elementos que


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passaram a funcionar como os pilares de fachada em conjunto com a

nova estrutura.

Os perfis metálicos usados foram do tipo U colocados de cada lado das

paredes a demolir, e ligados às lajes superiores.

6.6.2 : Conversão de fábrica em ginásio (Como-Itália)

A estrutura original era uma estrutura de betão armado com 2 pisos e

pilares no interior. A estrutura metálica foi construída suportando


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completamente o piso de cobertura, e demolindo os pilares, vigas e laje

intermédia.


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(

6.6.3 : Rue De L'ourcq, Paris, France

Trata-se de uma reestruturação completa de um edifício parisience onde

o pátio interior foi ocupado em parte por estrutura metálica aparente. Oresto da estrutura existente era metálica

6.6.4 : Abadia de Val de Saint Lambert, Seraing, Bélgica

Trata-se de uma reestruturação da cobertura da abadia do séc. XIII

completamente realizada pelo interior, em estrutura tubular curva.


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6.6.5 : Palácio da Justiça – Ancona, Itália

Trata-se de uma reestruturação completa de um edifício renascentista

onde era imperioso manter as fachadas, com todas as suas aberturas.

Foi assim imaginada uma estrutura com 4 torres de betão armado

(9*9m) servindo de comunicações verticais e contraventando o edifício

face às acções horizontais, e servindo de suporte vertical ao telhado e a

5 pisos suspensos na estrutura da cobertura. Com esta solução

conseguiram-se espaços amplos no piso térreo, sem pilares.

A estrutura metálica de suspensão é relativamente simples, pois

consiste em 4 pares de treliças principais suportadas pelas 4 torres,

dispostas no perímetro do edifício. Cada par de treliças forma um caixão

com 1,8 m de largura e 4 m de altura. Todos os elementos da treliça

eram constituídos por perfis I, ligados através de chapas de gusset.


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:

A modelação foi portanto bastante simples, bem como o

dimensionamento. Em virtude de haver duas treliças dispostas

paralelamente e ligadas entre si, os problemas de instabilidade lateral de

cada treliça foram facilmente ultrapassados. O vão intermédio é de cercade 21,5 m.

As lajes são mistas aço-betão, estando suportadas por vigas suspensas

das treliças.


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6.6.6 : Edifício de pequeno porte em Coimbra


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7- Reabilitação e reforço de pontes

7.1 Introdução

Muitas pontes (neste contexto referimo-nos em particular a pontes

metálicas) foram projectadas e construídas para volumes de tréfego

muito inferiores aos actuais, para veícu

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Luís Neves - Reabilitação de Estruturas Metálicas_FCTUC