REABILITAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAScristina/EBAP/ReabReforcoPontes/modulo1-1.pdfDE ESTRUTURAS Reabilitação e Reforço de Estruturas ... Instituto Superior Técnico. Principais

REABILITAÇÃO E REFORÇO

DE ESTRUTURAS

Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estruturas

António CostaInstituto Superior Técnico

DE ESTRUTURAS

Principais Anomalias das Estruturas de Betão Armado

- Comportamento estrutural

● deficiente capacidade resistente

● funcionamento inadequado

● deformações elevadas

● fendilhação excessiva

�� Reforço


● fendilhação excessiva

- Deterioração dos materiais

● betão

● aço �� Reparação

REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO

� Enquadramento

� Avaliação do comportamento dasestruturas


� Concepção e dimensionamento

do reforço

� Tipos de reforço estrutural

Enquadramento

A intervenção numa estrutura existente com o objectivo de melhorar ou corrigir o seu

comportamento estrutural está geralmente associada às seguintes situações:

−−−− Alteração das acções actuantesEx: −−−− Aumento das acções actuantes devido a uma nova utilização

−−−− Adequação do nível de segurança da estrutura para as acções especificadas

na nova regulamentação (p.e. sobrecargas rodoviárias e ferroviárias)

−−−− Alteração geometria da estrutura ou modificação do sistema estrutural


Ex: necessidade de eliminar elementos estruturais

−−−− Correcção de anomalias associadas a deficiências de projecto deexecução ou de exploraçãoEx: −−−− Deficiente capacidade resistente para as acções previstas

−−−− Deficiente comportamento em serviço (fendilhação, deformação, vibração,...)

−−−− Danos causados por uma utilização não prevista da estrutura.

−−−− Aumento do nível de segurançaEx: - melhorar o comportamento estrutural para a acção sísmica de obras antigas

Enquadramento

Principais dificuldades

−−−− Informação relativa ao projecto, execução e exploração das obras difícil de obter e, frequentemente, inexistente.

−−−− Com excepção de alguns tipos de intervenção, verifica-se uma ausência genérica de regulamentação sobre reforço de estruturas.

−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de forma integrada o projecto e execução


−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de forma integrada o projecto e execução do reforço nas suas diversas componentes: metodologias de intervenção, dimensionamento, procedimentos de execução, especificação e controlo de qualidade.

−−−− Dificuldades relativas à análise estrutural e avaliação da segurança das obras a reforçar e ao dimensionamento do próprio reforço.

−−−− Em obras de reforço cada caso constitui uma situação particular com as suas próprias especificidades, sendo difícil encontrar na literatura situações semelhantes.

Enquadramento Geral de uma Intervenção de Reforço

� Avaliação da situação

Inspecção – Registo e análise das anomalias

Avaliação do comportamento estrutural

Diagnóstico – Causas e explicações das anomalias

Definição dos objectivos a atingir com a intervenção

� Tipos de Intervenção

Demolição Total ou Parcial

Limitar o Uso


Limitar o Uso

Substituir ou Introduzir Novos Elementos

Reparar os Elementos Danificados

Reforçar os Elementos Existentes

� Projecto e Execução do Reforço

Concepção e Dimensionamento do Reforço

Definição das Especificações Técnicas

Controlo de Qualidade

Avaliação da situação

1 −−−− Recolha de informação

Elementos do projectoDesenhos

Cálculos

Especificações técnicas

Controlo de qualidade

Livro de registo de obra


Elementos de Obra

Exploração da Obra

Livro de registo de obra

Alterações ao projecto

Planos de betonagem

….

Acções actuantes

Manutenção e reparação

….


2 −−−− Inspecção Visual

Exame visual da superfície do betão

qualidade do betãodefeitos de execuçãofendilhação deformaçãodeterioração

erros de concepção e execução


Percepção do funcionamento estrutural

Registo de danos

deficiente utilização

tipos de apoios

….

danos estruturais

deterioração do betão

corrosão das armaduras

….

Principais aspectos a analisar:


3 −−−− Inspecção detalhada

Dependendo do tipo e extensão das anomalias observadas pode ser necessário

efectuar uma inspecção visual mais minuciosa e realizar diversos tipos de

ensaios.


Principais aspectos a analisar:

•••• Verificação das dimensões dos elementos estruturais (relação projecto/obra)

•••• Propriedades mecânicas do betão e do aço

•••• Resposta estática e dinâmica da estrutura

•••• Avaliação do nível e tipo de deterioração da obra

•••• Avaliação das condições de fundação


4 −−−− Avaliação da segurança da estrutura

•••• Modelo de comportamento estrutural

−−−− Verificação aos estados limites últimos

−−−− Verificação aos estados limites de utilização


Analisar duas situações:

−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as exigências para as quais

foi projectada

−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as novas exigências de exploração

Avaliação do Comportamento Estrutural

� Regulamentação no domínio das acções

1897 – Regulamento para projecto, provas e vigilância das pontes metálicas

1929 – Dec. 16781

Regulamento das pontes metálicas

REGULAMENTAÇÃO ANTIGA


(diversas alterações até 1958)

1958 – Dec. 41658

Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos

1961 – Dec. 44041

Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes

1983 – Dec. 235/83

Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes


1935 - Regulamento do Betão Armado (RBA)

Casas de habitação 200 kg/m2

Escritórios 300 kg/m2

Edifícios públicos 400 kg/m2

Salas de espectáculo,.. 500 kg/m2

Garagens públicas 600 kg/m2

SOBRECARGAS EM EDIFICIOS

1983 - Regulamento de Segurança e Acções (RSA)

Casas de habitação 150 - 200 kg/m2


Edifícios públicos 300 / 400 kg/m2

Salas de espectáculo,.. 500 / 600 kg/m2



1961 - Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes (RSEP)

Casas de habitação 200 kg/m2


Edifícios públicos 300 / 400 kg/m2

Salas de espectáculo,.. 500 / 600 kg/m2


Conclusão:

Não existem alterações significativas no que se refere às sobrecargas para dimensionamento de edifícios

Regulamento Sobrecarga Rodoviária

Regulamento das Pontes

Metálicas 1897

Sobrecarga uniforme 400 kg/m2 (l > 30m)

Para l < 30 m: sobrecarga mais elevada

numa faixa com 2.5 m

Veículos de 12 ton com 4 rodas

Regulamento das Pontes

Metálicas 1929

(alterado em 1958)

Sobrecarga uniforme variável com o vão

≥ 500 kg/m2 x coef. dinâmico

400 kg/m2 no passeio

SOBRECARGAS EM PONTES


Veículos de 36 ton (alterado em 1958 para

60/45/30 ton para as classes A, B e C)

RSEP 1961 Sobrecarga uniforme 300 kg/m2

Carga de faca 5 ton/m

Veículos de 60/45/30 ton para as classes A,

B e C (coef. dinâmico 1.2)

RSA 1983 Sobrecarga uniforme 4 kN/m2

Carga de faca 50 kN/m

Veículos de 600/300 kN para as classes I e II

ACÇÃO SÍSMICA

Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos - 1958

Acção sísmica tratada como força estática equivalente

Fh = c W

c – coeficiente sísmico


ACÇÃO SÍSMICA

Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes - 1961

Acção sísmica tratada como força estática equivalente

Fh = c W


ACÇÃO SÍSMICA

Regulamento de Segurança e Acções - 1983

Determinação dos efeitos da acção sísmica- Métodos de análise dinâmica- Forças estáticas equivalentes

� Zonamento sísmico mais detalhado

� Natureza do terreno – 3 tipos

� Introdução dos coeficientes de comportamento

C

D


A

B

Coeficientes sísmicos

Ex. Zona A, terreno II, η=2.5

f[Hz]

β

0.5 0.06

1.0 0.08

1.5 0.10

2.0 0.11

ACÇÃO SÍSMICA

Eurocódigo 8 – (2010)

Determinação dos efeitos da acção sísmica- Métodos de análise dinâmica (linear e não linear)- Forças estáticas equivalentes (linear e não linear)

� Zonamento sísmico muito mais detalhado




� Coeficientes de comportamento definidos com maior rigor

ACÇÃO SÍSMICA

Comparação EC8 - RSA

2,5

3,0

3,5

4,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Faro


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Período (s)

Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II)

Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III)

ACÇÃO SÍSMICA


2,5

3,0

3,5

4,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Lisboa


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Período (s)



ACÇÃO SÍSMICA


2,5

3,0

3,5

4,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Évora


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Período (s)



ACÇÃO SÍSMICA


2,5

3,0

3,5

4,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Santarém


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Período (s)



ACÇÃO SÍSMICA


2,5

3,0

3,5

4,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Coimbra


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Período (s)



ACÇÃO SÍSMICA


2,5

3,0

3,5

4,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Porto


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

EC

8 / 1

.5*R

SA

Período (s)




� Regulamentação no domínio das estruturas de betão armado

1918 – Dec. 4036 de 28/3/1918

Regulamento para o emprego do beton armado

1935 – Dec. 25948 de 16/10/1935


Regulamento do Betão Armado (RBA)

1967 – Dec. 47723 de 25/5/1967

Regulamento de Estruturas de Betão Armado (REBA)

1983 – Dec. 349-c/83 de 30/7/1983

Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP)

1918

Regulamento para o emprego do beton armado

Dec. 4036 de 28/3/1918

— Preparado pela Associação dos Engenheiros Civis Portugueses

— Necessidade de “regulamentar as construções de beton que tinham uma grande aplicação”

Obrigatoriedade de aprovação do projecto pelas repartições técnicas do estado ou dos corpos administrativos.

Os projectos devem compreender: Memória descritiva, cálculos justificativos, desenhos cotados, indicar a qualidade dois materiais e a dosagem do beton.

Betão — dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra



resistência mínima: 120 kg/cm2 aos 28 dias, 180 kg/cm2 aos 90 dias

Aço – resistência mínima à rotura 3800 a 4600 kg/cm2

limite de elasticidade 50% da resistência à rotura (1900 a 2300 kg/cm2)

Princípios básicos do betão armado

Critérios de segurança — Tensões limites: betão – 40 kg/cm2; aço – 1100 kg/cm2 (1400 nos aços melhores)

Execução de trabalhos — …

Recobrimentos - 20 mm (vigas e pilares em geral)

- 40 mm (protecção contra o fogo e o ataque da água do mar)

1935

Regulamento do Betão Armado

RBA

Dec. 25948 de 16/10/1935

— Preparado por uma Comissão nomeada pelo Ministério das Obras Públicas e Comunicações

— Análise da Regulamentação Europeia (Reg. Francesa, Belga, Suiça, Italiana, E.U.A., Alemanha, …)


resistência mínima: 180 kg/cm2 aos 28 dias

— Materiais


— Bases de Cálculo

- Acções (cargas)

- Cálculos de Resistência - Tensões admissíveis (limites de fadiga)

Betão: 40 a 50 kg/cm2 (edifícios) ; 30 a 60 kg/cm2 (pontes) dependendo da resistência do cimento e do tipo de elemento estrutural

Aços: 1200 kg/cm2 (até1500 kg/cm2 nos aços de maior resistência)

- Modelação: análise linear

- Lajes - indicações pormenorizadas

resistência mínima: 180 kg/cm2 aos 28 dias

Aço – resistência mínima à rotura 3700 kg/cm2

limite de elasticidade 60% da resistência à rotura (2220 kg/cm2)

RBA - 1935


1967

Regulamento de Estruturas de Betão Armado

REBA

Dec. 47723 de 20/5/1967

— Nova concepção da verificação da segurança em relação a estados “de ruína”

— Conceitos de valores característicos, valores de cálculo das propriedades mecânicasdos materiais, solicitações de cálculo, resistências de cálculo

— Aços – novos aços, introdução das classes de resistência e dos varões de alta aderência

A24/A40/A50/A60 Liso/Nervurado


— Betão – introdução das classes de resistência

B180 … B400

— Bases de Cálculo

- Cálculo da Resistência - Estados de Rotura

- Diagramas tensões-extensões não lineares para o betão

- Extensão limite de 10‰ para as armaduras

- Modelação- Conceitos de análise não linear, redistribuição de esforços, cálculo plástico

- Evolução nos modelos de comportamento do betão armado

- Recobrimentos - baixos

1967

Regulamento de Estruturas de Betão Armado

REBA

ACÇÕES

Solicitações permanentes – peso dos elementos, revestimentos, equipamentos fixos

Solicitações acidentais habituais – sobrecargas, vento habitual, neve, temperatura, retracção, fluência,..

Solicitações acidentais excepcionais – vento excepcional (ciclónico), sismos

COMBINAÇÃO DE ACÇÕES

Combinações tipo I – solicitações permanentes e acidentais habituais


Combinações tipo I – solicitações permanentes e acidentais habituais

Combinações tipo II – solicitações permanentes e acidentais excepcionais

COEFICIENTES DE MAJORAÇÃO DAS SOLICITAÇÕES

Combinações tipo I – γS = 1.5

Combinações tipo II – γS = 1.0

COEFICIENTES DE MINORAÇÃO DOS MATERIAIS

Betão – γm = 1.5

Aço – γm = 1.15


1983

Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado

REBAP

— Estruturas Pré-Esforçadas, tratadas de forma unificado (Betão Armado Pré-Esforçado)

— Sistema Internacional de Unidades e Simbologia (ISO3898)

— Conceito de Níveis de Tolerância da Execução dos Trabalhos e Controlo da Qualidade


— Disposições Construtivas mais detalhadas e Conceito de Estruturas de Ductilidade Melhorada� cintagem adequada nos pilares

— E.L.U. do Punçoamento

— Redes Electrosoldadas

— Conceito de durabilidade ainda não suficientemente desenvolvido (assim como recobrimento insuficientes)

ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935)

E REBAP (1983)

FLEXÃO SIMPLES


ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935)

E REBAP (1983)

ESFORÇO TRANSVERSO


ELEMENTOS COM ARMADURAS TRANSVERSAIS

ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS

ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967)

E REBAP (1983)


Vcd = τ0 bd

τ0 = 1.5MPa

Vcd = 0.6 τ1 (1.6 – d) bd

τ1 = 0.75MPa

ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS

REBA

REBAP

V - LAJES

B 300

τ =V

Vτ

1,bd

0.6

0.6

0.96

2.0

d [m]

bd

ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967)

E REBAP (1983)

FLEXÃO SIMPLES

FLEXÃO COMPOSTA


ANÁLISE COMPARATIVA REBAP - EC2

FLEXÃO SIMPLES


ANÁLISE COMPARATIVAREBAP - EC2 FLEXÃO COMPOSTA



Esforço Transverso sem armaduras transversais (B35 e A400)(Influência da % de armadura longitudinal)

0.05

0.06

0.07

0.08

cd)

REBAP

EC2 (Asl = 0,5%)


0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

d (m)

VR

d / (

bw d

fcd EC2 (Asl = 0,5%)

EC2 (Asl = 1,0%)

EC2 (Asl = 1,5%)

EC2 (Asl = 2,0%)


VRd com armaduras transversais (B35 e A400)

0,6

0,8

d f

cd)

REBAP


0,0

0,2

0,4

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Asw / (s bw)

VR

d / (

bw d

f

EC2 (t et a = 22º)

EC2 (t et a = 30º)

EC2 (t et a = 45º)


Punçoamento centrado - Capacidade resistente (B35 e Asl = 1,0%)

1500

2000

2500

3000

(kN

)

REBAP (a = 0,2m)

EC2 (a = 0,2m)

REBAP (a = 0,4m)


0

500

1000

1500

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

d (m)

VR

d (k

N)

REBAP (a = 0,4m)

EC2 (a = 0,4m)

REBAP (a = 0,6m)

EC2 (a = 0,6m)

Regulamento Betões Aços Recobrimentos Cálculo

1918

Regulamento para o Emprego

do Beton Armado

Dec. 4036 de 28/3

dosagem c = 300Kg ag = 400 l br = 800 l

σ ≥ 120Kg/cm2 (28d.)

≥ 180Kg/cm2 (90d.)

apiloamento/cura húmida 7 d.

fsu = 3800 a 4600 Kgf/cm2

fsy ≥ fsu/2

εu = 22%

evitar soldaduras

C ≥ 1.5 ∅

2cm (vigas/pil.)

1cm (lajes)

C duplo – junto ao mar

prot. fogo

Tensões (Fadiga)

Limites Admissíveis

1935

Regulamento do Betão

Armado

Dec. 25948 de 16/10

dosagem ≈

σ ≥ 180Kg/cm2 (28d.)

apiloamento ou vibração cura

húmida – 8 d.

fsu = 3700 Kgf/cm2

fsy ≥ 0.6 fsu

εu = 24%

evitar soldaduras

lajes viga/pil.

C ≥ 1.0 1.0 1.5 2.0 (ar livre)

2.0 Líquidos, ∆t 4.0 – ág. mar

Tensões Admissíveis

1967

Regulamento de Estruturas de

Betão Armado

B180/225/300/350/400

fck (Kgf/cm2)

A24/A40/A50/A60

fsk Kgf/mm2

(Liso/Nervurado)

4cm ≥ C ≥ ∅

1.0

2.0 – ñ.protegid

Estados Limites

+ RSEP (Tipo I/II)


Betão Armado

Dec. 47723 de 20/5

+ RBLH (Dec. 404/71 de 23/6)

Betões Tipo B/BD

(Liso/Nervurado)

+ Doc Homol – LNEC

2.0 – ñ.protegid

C↑ – corrosão/fogo ...

+ RSEP (Tipo I/II)

1983

Regulamento de Estruturas de

Betão Armado e Pré-

Esforçado

Dec. 349 – c/83 de 30/7

B15/...B55

fck (MPa)

+ RBLH – cura húmida controlo A/C ...

A235/A400/A500

fsk (MPa)

+ Esp – LNEC

Tipo Ambiente

Pouco agress - 2.0

Moder agress - 3.0

Muito agress - 4.0

B↑ C↓

Estados Limites

+ RSA

2008

Eurocódigo 2 – Parte 1

Projecto de Estruturas de

Betão

DNA

C12/15; ... C90/105

fck (MPa) cil/cubos

+ EN 206

A400/A500

+ Esp – LNEC

+ EN 10080 e 10138

Classes Exposição X0;

XC; XS; XD; XF; XA

C = 15 a 65mm

Qualidade do betão de

recobrimento

Estados Limites

+ EC1/EC8

MODELOS DE ANÁLISE

E.L. Utilização� Modelo elástico linear com K

ajustado

E.L. Últimos

ELÁSTICO LINEAR S



E.L. Últimos� Modelo elástico linear

� Modelo elástico linear com redistribuição de esforços

� Modelo plástico

� Modelo não linear

PLÁSTICO

NÃO LINEAR

LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS

δδδδ

LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS

NÃO LINEAR

MODELOS DE ANÁLISE

ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOS

Exemplos:

E2

E1


1

MODELOS DE ANÁLISE

ANÁLISE PLÁSTICA – Carga última de uma viga

Exemplos:


ANÁLISE PLÁSTICA

Carga última de uma laje

Exemplos:


MODELOS DE ANÁLISE

Exemplo: Avaliação da segurança do tabuleiro de uma ponte


VIGAS

LONG.

MODELOS DE ANÁLISE

Anomalias


MODELOS DE ANÁLISE

Análise estrutural – Verificação da segurança

– Momentos flectores - Análise elástica (carga permanente)

-200 KNm 327 KNm -628 KNm


736 KN

-787 KN

– Esforços axiais - Análise elástica

MODELOS DE ANÁLISE

Análise estrutural – Verificação da segurança

-390 KNm0 KNm

-1167 KNm

– Momentos flectores - Análise elástica c/ redistribuição de esforços


– Esforços axiais - Análise elástica c/ redistribuição de esforços

836 KN

-911 KN

MODELOS DE ANÁLISE

Análise Não Linear

Modelo de Elementos Finitos


– Fendilhação (carga permanente)

MO

DE

LO

S D

E A

NÁ

LIS

E

–M

om

ento

s flectores [M

Nm

](carg

a perm

anen

te)

-2.557E-02

-2.891E-01

7.120E-02

6.145E-02

9.742E-02

-6.697E-01

-1.254E-01

-4.216E-01

1.419E-01

-1.906E+00

2.438E-02

-2.720E-02

-2.476E-02

-6.3

62E

-01

-5.7

27E

-01

4.6

64E

-02

-1.7

86E

-01

Reab

ilitação

e R

efo

rço

de E

stru

tura

sD

iplo

ma d

e F

orm

ação

Avan

çad

a e

m E

ng

en

haria

de E

stru

tura

s

1.419E-01

–E

sforço

s axiais [MN

]

7.210E-01

7.195E-01

7.241E-01

5.712E-01

6.136E-01

4.626E-01

4.976E-01 -6.384E-05

2.650E-03

7.506E-04

1.215E-03

9.181E-05

2.351E-04

6.001E-06

7.390E-05

-1.102E+00

-1.521E-01

-6.843E-01

-6.828E-01 -6.853E-01

-6.790E-01 -6.801E-01

-6.764E-01 -6.794E-01

-1.858E

-01

4.8

90E

-02

-2.7

59E

-01

-2.3

06E

-01

MODELOS DE ANÁLISE

Análise Não Linear – avaliação da capacidade de carga

- Configuração de rotura (CP + 1.7 x VT)

VT


Consideração do efeito do nível de danos na avaliação da segurança

[CEB-Bul. 162]

•••• Método simplificado

Em função do tipo e nível de danos da estrutura são estabelecidos coeficientes

empíricos para redução da resistência e rigidez:

Coeficiente rR e rk


rR = Rres

Ri rk =

Kres

Ki

Rres – resistência residual

Ri – resistência inicial

Kres – rigidez residual

Ki – rigidez inicial

rR = R res / R i

Construção Nível A Nível B Nível C Nível D

Nova 0.95 0.75 0.45 0.15

Antiga 0.80 0.60 0.30 0

rK = K res / K i = 80% rR

Danos provocados

por sismos

Dan

os

ligei

ros


Dan

os

ligei

ros

Dan

os

seve

ros

Níveis de danos nos pilares

•••• Nível A – fissuras de flexão isoladas com larguras inferiores a 1 – 2 mm, desde que um cálculo simples demonstre que estas fissuras não são devidas a deficiência da armadura para as acções de dimensionamento, mas sim devidas a efeitos localizados (juntas de construção, restrições devidas a paredes divisórias, choques ligeiros, acções térmicas iniciais, retracções, etc.).

•••• Nível B – várias fissuras de flexão largas, ou fissuras de corte diagonais isoladas com larguras inferiores a cerca de 0.5 mm, não existindo deslocamentos residuais.

•••• Nível C – fissuras de corte bi-diagonais e/ou esmagamento localizados no betão devidos a corte e compressão, não existindo deslocamentos residuais apreciáveis; ocorrência de fendilhação em nós de ligação viga/pilar.

Danos provocados por sismos


fendilhação em nós de ligação viga/pilar.

•••• Nível D – rotura do núcleo de betão do elemento, encurvadura dos varões (o elemento perdeu a continuidade mas não colapsou), existindo apenas pequenos deslocamentos residuais (verticais e horizontais); ocorrência de danos severos em nós de ligação pilar/viga.

•••• Nível E – colapso parcial de um ou mais elementos verticais.

Nota: se as condições relativas aos deslocamentos residuais não forem cumpridas num dado

nível de dano, este é aumentado para o nível seguinte.

rK = K res / K i = 80% rR

Danos provocados por incêndios

Dan

os

ligei

ros

rR = R res / R i

Construção Nível A Nível B Nível C Nível D

Nova 0.95 0.80 0.65 0.40

Antiga 0.90 0.75 0.60 0.30


Dan

os

ligei

ros

Dan

os

seve

ros

Níveis de danos nos pilares

Danos provocados por incêndio

•••• Nível A – sem danos, excepto algum descasque mínimo do acabamento e/ou do betão.

•••• Nível B – acabamento bastante afectado, algum descasque do betão; microfissuração generalizada da superfície do betão e eventual cor rosada, o que dependerá dos agregados.

•••• Nível C – arranque generalizado do acabamento, descasque significativo do betão e eventual cor cinzento avermelhado/esbranquiçado; os varões ainda estão aderentes ao betão, sem que mais que um varão no caso de pilares ou até 10% da armadura principal no caso de vigas e lajes, tenha encurvado.


no caso de vigas e lajes, tenha encurvado.

•••• Nível D – danos severos, descasque generalizado do betão deixando à vista praticamente toda a armadura; o betão possui uma cor amarelo acastanhado; mais do que um varão no caso de pilares ou até 50% da armadura principal no caso de vigas e lajes encurvou, podendo existir distorção dos pilares; eventuais fissuras de corte com poucos mm de largura dos pilares; eventuais fissuras de flexão/corte com vários mm de largura nas vigas e lajes e possíveis flechas apreciáveis.

•••• Nível E – colapso parcial de elementos verticais.

Danos provocados por corrosão de armaduras

•••• Nível A – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudinal, perda de secção de armadura ≤≤≤≤ 1%.

•••• Nível B – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudinal e transversal, algum descasque do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 5%.

•••• Nível C – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque significativo do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 10%.

•••• Nível D – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas zonas deixando a armadura à vista, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 25%, eventuais deslocamentos residuais.


deslocamentos residuais.

•••• Nível E – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas zonas deixando a armadura à vista, encurvadura da armadura em pilares, rotura de algumas cintas e estribos, deslocamentos residuais nítidos.

rR = Rres/Ri Idade do Betão

Nível A Nível B Nível C Nível D

Novo 0.95 0.80 0.60 0.35

Velho 0.85 0.70 0.50 0.25

rk = Kres/Ki = 80% rr

Classificação dos elementos estruturais

[CEB – GTG21]

Coeficiente de capacidade: φφφφ = R '

d

S'd

R'd

S 'd

– Esforço residual resistente

– Esforço actuante


−−−− Não aceitáveis φφφφ ≤≤≤≤ 0.5 é necessário intervir de imediato

−−−− Não reparáveis φφφφ << devem ser demolidos

Em função da importância e tipo de utilização da estrutura e do nível de danos verificado

serão definidos os tipos de intervenção a implementar.

−−−− Aceitáveis φφφφ ≥≥≥≥ 1

−−−− Toleráveis 0.5 < φφφφ < 1 são aceitáveis sob certas condições, tendo em atenção aspectos sociais, históricos e económicos. No caso de estruturas correntes a reparação/reforço deverá ser realizada dentro de 1 a 2 anos.

Aspectos a considerar :

Reforço Selectivo

� Minimizar a intervenção explorando de forma eficiente a ductilidade e a

Concepção da Intervenção



capacidade resistente da estrutura

Dimensionamento do Reforço

Métodos simplificadosMétodo dos coeficientes globais



Modelos numéricos completos

- simulação das tensões iniciais dos materiais existentes

- simulação dos mecanismos de transferência de tensões entre os materiais

de reforço e os existentes

Método dos coeficientes globais

1 −−−− Determinação da resistência como se a estrutura fosse monolítica e

sem danos: Ri

2 −−−− Aplicar coeficiente de monolitismo γγγγn,R : Rr = γγγγn,R Ri

Valores a título indicativo função da tecnologia de reforço

Responsabilidade do projectista

γγγγn,R


Responsabilidade do projectista

3 −−−− Verificar a ligação entre o material de reforço e o elemento existente

ττττSd ≤≤≤≤ ττττRd

σσσσSd ≤≤≤≤ σσσσRd

MODELO DE COMPORTAMENTO

ESTADO LIMITE ÚLTIMO DE FLEXÃO


VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA: Msd < M’rd = Mrd + ∆∆∆∆ Mrd

M’rd = γγγγ n,R Mrd (As + Asr)Método coeficientes globais �

MODELO DE COMPORTAMENTO

E. L. ÚLTIMO DA LIGAÇÃO DA ARMADURA DE REFORÇO À ESTRUTURA

O dimensionamento pode ser

realizado adoptando um modelo

plástico ou modelo elástico

dependendo da ductilidade da

ligação


Modelo elástico

4FSR

l0Modelo plástico

B

A

ττττ Tensões de corte na interface

Avaliação das tensões na interface da ligação

Modelo elástico


p2 (x3)

x1

x2

As

x2

x3

A

B

p2 (x3)

bI

SVστ

1

0,1223 ==

�Hipótese

Linha Neutra acima da Interface z b

V

b

fτ

2==

• A0 é a área da secção acima da interface;

• S0,1 é o momento estático da área A0 em relação ao eixo x1;

• I1 é o momento de inércia da secção em relação ao eixo x1.

1. Ligação entre superfícies de betão existente/betão novo sem conectores

•••• Aplicação restrita

−−−− Ausência de tracções

−−−− Tensões de corte baixas

−−−− Carregamentos monotónicos

−−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da zona de ligação

Dimensionamento das ligações


•••• Requer um nível de controlo de qualidade elevado

−−−− Preparação de superfícies

−−−− Composição do betão – baixa retracção

−−−− Cura do betão

A ligação é feita por ADERÊNCIA

Aderência Adesão (natureza química)

Atrito (natureza física)

Adesão

ττττrd,a = ηηηη f'ctd

f'ctd – tensão de rotura à tracção do betão existente

ηηηη = 0.25 a 1.0 consoante o tipo de superfície [EC8-part 1.4, 1995]

ηηηη = [MC90]0.2 superfícies lisas

0.4 superfícies rugosas

Atrito


Interfaces lisas ττττRd,f = 0.4 σσσσcd[MC90; EC8]

Interfaces rugosas ττττRd,f = 0.4 (fcd )4/3

(σcd)2/3

σσσσcd – tensão de compressão na interface

As parcelas de adesão e atrito não devem ser somadas directamente com os seus valores máximos pois envolvemdeslizamentos diferentes na interface.

ATRITO

ADESÃO S (deslizamento)

ττττ

2. Ligações entre superfícies de betão existente/betão novo com conectores

•••• Ligação mais fiável

Mecanismos de resistência

−−−− Adesão

−−−− Atrito

−−−− Efeito de costura dos conectores

−−−− Resistência ao corte dos conectores

ττττRd = ηηηη f’ctd + µµµµ (σσσσcd + ρρρρb fsyd,b) ≤≤≤≤ 0.25 f’cd[MC90]


coesão atrito efeito decostura

τ σn

w

s

τ

σs

σs

σn

ρρρρb ≥≥≥≥ 0.10% percentagem da área dos conectores

s – Deslizamento entre Faces

w – Afastamento entre Faces

τ – Tensão de Corte na Interface

σs – Tensão de tracção nas Armaduras Transversais à Interface

σn – Tensão de Compressão sobre a Interface.

Efeito de Costura

[EC2]

αααα

Distribuição da armadura de costura

vRd,i = c fctd + µµµµ σσσσn + ρρρρb fyd,b (µµµµ sen αααα + cos αααα) ≤≤≤≤ 0.5 νννν fcd atrito efeito de costura

coesão


Tipos de

superfície Descrição c µµµµ

Muito lisa Cofragem metálica; plástico; madeira lisa

(Superfícies cofradas) 0.25 0.5

Lisa Superfícies não cofradas ou com cofragem

rugosa 0.35 0.6

Rugosa Superfície com rugosidade mínima de

3mm e espaçamento ∼∼∼∼40mm 0.45 0.7

Indentada Indentações com geometria definida (EC2) 0.50 0.9

Para cargas dinâmicas ou cíclicas os valores de C devem ser reduzidos a metade

Resistência ao corte dos conectores

VRd,b = φφφφ2b [ ]1 + (1.3 εεεε)2 −−−− 1.3 εεεε fcd fsyd.b (1 −−−− ττττ2) <

As.b fsyd.b

3

εεεε = 3 l

φφφφb

fcd

fsyd.b ττττ =

σσσσs.b

fsyd.b As,b =

ππππ φφφφ2b

4

φφφφb – diâmetro do conector

[MC 90]


As,b – área da secção do conector

l – excentricidade da carga

σσσσs,b – tensão de tracção no conector

3. Ligação entre superfícies de betão existente/resina/chapas metálicas sem conectores

•••• A ligação é feita por ADESÃO

−−−− Adesão resina/betão

−−−− Adesão resina/aço

•••• Aspectos a considerar

• necessário colocar conectores ou outros dispositivos de amarração nas extremidades


das chapas para absorver as forças de arranque que aí se geram

• amarração fora das zonas críticas de potencial formação de rótulas plásticas

• protecção contra o fogo

• controlo de qualidade elevado: preparação de superfícies, resina, injecção ou colagem

ττττrd,g = f 'ctk

γγγγm = f 'ctd [CEB GTG21]

Amarração nas extremidades [EC8]

NSd,r = As,r fsyk ≤≤≤≤ NRd,g + NRd,b,n

NRd,b,n ≥≥≥≥ max

Nsd.r -

23 NRd.g

Nsd.r

2

NRd.g = lg b f 'ctd


NRd.g = lg b f 'ctd

lg – comprimento da amarração

b – largura da chapa

NRd,b,n = n NRd,b

n – número de conectores

4. Ligação entre superfícies de betão existente/resina/chapas metálicas com conectores

Chapas metálicas com conectores

•••• Ligação mais fiável

•••• A ligação é feita por: −−−− Adesão resina/betão

−−−− Resistência ao corte dos conectores

ττττRd = ττττRd,g + ττττRd,b

−−−− ττττ = f 'ctd + 0.2 MPa [CEB – GTG 21]


−−−− ττττRd,g = f 'ctd + 0.2 MPa [CEB – GTG 21]

implica →→→→ 2 conectores por secção com espaçamentos ≤≤≤≤ 200mm

Considerando que a mobilização da resistência das parcelas da adesão e conectores envolvem deslizamentos diferentes:

−−−− ττττRd,b = γγγγn,R n VRd.b

Ac

VRd,b – resistência ao corte de cada conector

n – número de conectores

Ac – área da interface

γγγγn,R = [0.7] coeficiente de monolitismo

−−−− ττττRd,g ≈≈≈≈ 0.5 Mpa e ττττRd,b = n VRd.b

Ac [IST]

Alternativa:

TIPOS DE INTERVENÇÃO DE REFORÇO ESTRUTURAL

Reforço por Adição deArmaduras Exteriores

Reforço com Encamisamento (Armaduras e Betão/Argamassas)

Metálicas

Fibras de carbono, vidro, aramida(CFRP; GFRP; AFRP)


Pré-esforço Exterior

Substituição por Novos Elementos

Adição de Novos Elementos

Cabos de aço

Laminados de carbono

REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS EXTERIORES

Reforço por colagem de chapas metálicas


Reforço por colagem de chapas metálicas

•••• Campos de aplicação

−−−− Quando há deficiência de armaduras

−−−− O betão é de boa/média qualidade

−−−− É inconveniente o aumento das secções

−−−−


−−−− O reforço é moderado

−−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço transverso

−−−− Reforço em lajes ao momento flector

−−−− Mais adequado para acções monotónicas

−−−− (Não se aplica no reforço à compressão -tendência das chapas a encurvarem-)

−−−− (Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica)

•••• Aspectos principais da solução

−−−− Rapidez de execução e interferência mínima na utilização da estrutura

−−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fluência para cargas permanentes, mau

comportamento ao fogo e à fadiga

−−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características da resina, execução dos trabalhos, ...

−−−− Requer empresas e pessoal técnico especializado


−−−− A espessura das chapas varia, em geral, de 3 a 10mm

−−−− O aço deve trabalhar a baixas tensões por forma a não serem necessárias deformações

excessivas para mobilizar a sua capacidade resistente ⇒⇒⇒⇒ Fe 360

−−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por injecção ou por espatulamento

−−−− A ligação deve ser complementada com conectores e as chapas devem ser

convenientemente amarradas nas extremidades

−−−− As chapas devem ser protegidas contra a corrosão e a acção do fogo.

•••• Características médias da resina

−−−− Resistente à compressão 80 a 120 MPa

−−−− Resistência à tracção 40 a 55 MPa

−−−− Resistência à tracção por Flexão 25 a 35 MPa

−−−− Resistência ao corte 12 a 20 MPa

−−−− Adesão Aço-Resina 1 a 6 MPa

−−−− Adesão Betão-Resina 2 a 8 MPa


−−−− Módulo de Elasticidade 2 a 17 GPa

−−−− Coeficiente de Poisson 0.27

−−−− Coeficiente de Fluência para uma compressão

de 40 MPa 12

−−−− A espessura da camada da resina de colagem deverá ser a menor possível por forma

a reduzir as deformações a longo prazo por fluência ⇒⇒⇒⇒ (e ≤ 1 a 3 mm)

1 – Escoramento- Controlar: deformação das secções;

deslocamentos

- Evitar colapsos durante o reforço

2 – Preparação da superfície

�� garantir ligação adequada entre as chapas e o betão

a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas;

jacto de areia;

EXECUÇÃO


jacto de areia;

jacto de água de alta pressão

b) limpeza – jacto de água

3 – Colocação das chapas– furação do betão; colocação dos conectores

4 – Colagem das chapas

– selagem e injecção de resina epóxi

EXECUÇÃO

Preparação de superfíciesMartelo de agulhas

Jacto de areia


Jacto de água

EXECUÇÃO

Preparação de superfíciesJacto de água de alta pressão


Diferentes níveis de preparação de superfície

EXECUÇÃO

Preparação de superfícies

Jacto de areia e água


EXECUÇÃO

Colocação e colagem das chapas


CONTROLO DE QUALIDADE

ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA - BETÃO


CONTROLO DE QUALIDADE

ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA – CHAPA METÁLICA


REFORÇO À FLEXÃO

SEM CONECTORES COM CONECTORES

Recomendações:


ts ≤≤≤≤ 4mm ts ≤≤≤≤ 12mm

tg ≤≤≤≤ 2mm tg ≤≤≤≤ 2mm

50 ≤ bs ≤ 300mm

As,r ≤≤≤≤ 3/4 As,i

∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ 0.5 MRd,i ∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ MRd,I

La,min ≥≥≥≥ bs ; 200mm

γγγγn,k = γγγγn,M = 1.0 γγγγn,k = 0.9; γγγγn,M = 1.0

80 ≤ bs ≤ (300mm)

REFORÇO À FLEXÃO - Dimensionamento

Modelo de comportamento



admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:

Coeficientes de monolitismo: γγγγn,M = 1.0 (γγγγn,k = 0.9)

Mrd ≈≈≈≈ As,eq 0.9 deq fyd,i = fyd,i

As,i 0.9 di + As,r 0.9 dr fyd,rfyd,i

Mrd = As,eq Zeq fyd,i = As,i Zi fyd,i + As,r Zr fyd,r

As,r =

fyd,i

fyd,r

As,eq deqdr

−−−− As,i didr

Verificação da ligação


Distribuição plástica das tensões de aderência

•••• Ligação sem conectores

FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ ττττrd bs L2

ττττRd ≤≤≤≤ fctd

•••• Ligação com conectores

FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ n VRd,b + ττττRd bs L2

ττττRd ≈≈≈≈ 0.5 MPa

Mais ancoragem das chapas nas extremidades

REFORÇO AO ESFORÇO TRANSVERSO

SEM CONECTORES COM CONECTORES

Recomendações:

hshs


ts ≤≤≤≤ 3 mm ts ≤≤≤≤ 8 mm

tg ≤≤≤≤ 2 mm tg ≤≤≤≤ 2 mm

hs ≥≥≥≥ 100 ts hs ≥≥≥≥ 100 ts

∆∆∆∆VSd ≤≤≤≤ 1/2 Vsd,i

Verificação da segurança de vigas ao esforço transverso

Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd bz sen θθθθ cos θθθθ

Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )Vrd,i + Vrd,r

Asw,i Asw,r


Vrd = γγγγn,v

0.9 di Asw,i

s cotg θθθθ fyd,i + 0.9 dr Asw,r

s cotg θθθθ fyd,r

Coeficiente de monolitismo γγγγn,V = 0.9

Soluções de reforço


REFORÇO DE PILARES

Pormenores de ligações


Pormenores de ligação das armaduras nos nós

REFORÇO DE PILARES

Ligação das armaduras à fundação


Verificação da Segurança

As,eq = As,i + As,r fyd,rfyd,i


Coeficiente de monolitismo: γγγγn,V = 0.9

ENSAIO


MRd (KNm)

MR,i (KNm)

MR,r2 (KNm)

Mu (KNm)

1561.2 1034.9 2777 2760

Documents

REABILITAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAScristina/EBAP/ReabReforcoPontes/modulo1-1.pdfDE ESTRUTURAS Reabilitação e Reforço de Estruturas ... Instituto Superior Técnico. Principais