REFORÇO DE ESTRUTURAS POR ENCAMISAMENTO DE …cristina/EBAP/DocumentosProfAntCosta/modulo1... · COMPRESSÃO Reabilitação e ... -emenda por sobreposição lateral dupla-emenda

REFORÇO DE ESTRUTURAS POR ENCAMISAMENTO

DE SECÇÕES

Aumento da secção transversal através da adição de armaduras suplementares e betão

Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas

•••• Campos de aplicação

−−−− Aumentar a resistência de zonas comprimidas

−−−− Necessidade de grande aumento de resistência/rigide z

−−−− Necessidade de garantir boa protecção ao fogo das a rmaduras de reforço

−−−− Reforço de lajes, vigas, pilares e paredes para tod os os esforços, em especial os devidos à acção sísmica


•••• Aspectos principais da solução

−−−− Implica um aumento das dimensões das secções transv ersais

−−−− Grande interferência na utilização da estrutura

−−−− Relativamente ao reforço com chapas metálicas apres enta as vantagens do reforço

à acção sísmica, melhor protecção ao fogo e à corro são das armaduras de reforço

−−−− Requer preparação de superfície cuidada do betão ex istente

Execução de um Encamisamento

1 – Escoramento- Controlar: deformação das secções;

deslocamentos- Evitar colapsos durante a reparação

2 - Preparação da superfície

- garantia de melhor ligação entre o material de adi ção e o inicial;

- remoção de betão alterado

a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas;


a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas; jacto de areia;jacto de água de alta pressão

b) limpeza – jacto de água

3 - Colocação das armaduras adicionais(reposição no caso de deterioração das armaduras in iciais)

4 - Betonagem

Materiais: betãoargamassa

Tecnologia de aplicação: CofradoProjectadoAplicação directa (à colher)

(Utilização de resinas de colagem)


(Utilização de resinas de colagem)

50 mm – betão projectado

emin = 70 a 100 mm – betão cofrado

30 a 50 mm – argamassa especial

5 - Cura

Ensaios relativos ao desempenho de diferentes tipos de preparação de superfície

Martelo de agulhas Martelo de guilho


Jacto de água de alta pressão

Jacto de areia e água

80

100

120

140

V (

kN)

Poly. (ADS-PS1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-Prov_2)




Poly. (ADS-PS1-R1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-R1-Prov_2)

Poly. (ADS-PS1-R2-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-R2-Prov_2)

Resultados dos ensaios

Ligação por adesão

Jacto de areia e água

Martelo de agulhas

Martelo de guilho


0

20

40

60

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040

s (mm)

V (

kN)

Jacto de água de alta pressão

Martelo de guilho

Materiais de Encamisamento

Materiais de alta qualidade- elevada resistência à compressão

- boa aderência

- boa trabalhabilidade

- baixa retracção

- compatibilidade de deformações com os materiais in iciais

Betões e argamassas moldados

- materiais à base de ligantes hidráulicos

- materiais à base de ligantes sintéticos (resinas)


- materiais à base de ligantes sintéticos (resinas)

• sensibilidade à humidade

• retracção por vezes elevada

• não passivam as armaduras

• baixa resistência ao fogo

• preço elevado

Betões e argamassas projectadas• fácil de colocar • acabamento irregular

• boa aderência • sujidade

• elevada resistência

Disposição de armaduras adicionais

Reforço de vigas


Amarração dos varões nos nós




Verificação da segurança de vigas à flexão

Modelo de comportamento


Método dos coeficientes globais

Mrd = γγγγn,M { }Aeqs zeq f i

syd = A is zi f i

syd + A rs zr f r

syd

Aeqs = A i

s + A rs

f rsyd

f isyd

zeq = A i

s zi f isyd + A r

s zr f rsyd

A is f i

syd + A rs f r

syd

Verificação da segurança de vigas à flexão

Admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:

M rd ≈≈≈≈ γγγγn,M

Aeqs 0.9 deq f i

syd = f isyd

A is 0.9 di + Ar

s 0.9 dr f rsyd

f isyd

Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de arma duras

f rsyd deq dii


Coeficientes de monolitismo

Resistências – γγγγn,M

Deformabilidade – γγγγn,K

Em vigas – γγγγn,M = 0.90 e γγγγn,k = 0.85

Em lajes – γγγγn,M = 1.00 e γγγγn,k = 1.00EC 8 (parte 1.4, 1995)

Ars =

f rsyd

f isyd

Aeqs

deq

dr - Ais

di

dr

i

r

Ligação entre o betão existente e o material de adi ção

O funcionamento e eficiência de um reforço por enca misamento depende fundamentalmente da aderência entre os materiais


Os valores das tensões tangenciais são dados por:

ττττ1 = Vsd

br zeq ττττ2 =

Vsd

br zeq ××××

A rs f r

syd

A rs f r

syd + A is f r

syd

ττττrd,a = ηηηη f'ctd

ηηηη =

[MC90]

0.2 superfícies lisas

0.4 superfícies rugosas

Verificação da segurança de vigas ao esforço transv erso

Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd b izi sen θθθθ cos θ + θ + θ + θ + 0.50.50.50.5 ∗ ∗ ∗ ∗ 0.6 fcd (br- b i) zr sen θθθθ cos θ θ θ θ


rd

Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )V ird + V r

rd

Vrd = γγγγn,v

0.9 d i A i

sw

s cotg θθθθ f iyd + 0.9 dr

A rsw

s cotg θθθθ f ryd

Coeficiente de monolitismo

[Eurocódigo 8 – parte 1.4, 1995]γγγγn,V = 0.80 ; γγγγn,k = 0.75

Recomendação: VfinalRd < 2 V i

Rd

Disposições de armaduras adicionais

Reforço de pilares


Verificação da segurança de pilares

γγγγn,M N = 0.90

Método dos coeficientes globais


- reforço ligeiro:

- reforço significativo:

A fc < 2 Ai

c

A fc > 2 Ai

c (a secção inicial é desprezável)

Aumento da resistência à compressão devido à cintag em (confinamento)

σσσσ*c = fcd (1.000 + 2.50 αααα ωωωωw) para:

σσσσ2fcd

< 0.05

σσσσ*c = fcd (1.125 + 1.25 αααα ωωωωw) para:

σσσσ2fcd

> 0.05

ou:

Resistência à compressão [MC90]


σσσσ2 – tensão de confinamento: σσσσ2fcd

= 12 ωωωωw

ωωωωw = volume de estribosvolume de betão =

2 (b0 + h0) φφφφ 2

est4

1s

b0 h0

α - factor de eficiência (forma da secção e espaçament o das cintas)

(no caso de pilares rectangulares com cintas no con torno)

EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO DO BETÃO À COMPRESSÃO


CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS

EMENDA DE VARÕES LONGITUDINAIS

- emenda através de soldadura topo a topo

- emenda por sobreposição simples

- emenda por sobreposição lateral dupla

- emenda por sobreposição com uma cantoneira


−−−− Necessidade de amarrar eficazmente varões no menor comprimento possível

Selagem com resina epóxi

AMARRAÇÃO DE VARÕES


Referência - HILTI

•••• Amarração de varões


Referência - HILTI



Referência - HILTI



Referência - HILTI

•••• Ligação betão-betão com conectores

Conector tradicional

Comportamento adequado para a ligação - ductilidade


Comportamento adequado para a ligação - ductilidade

Referência - HILTI


Exemplo – Reforço do tabuleiro de uma ponte


Referência - HILTI



Referência - HILTI



Referência - HILTI

COMPORTAMENTO DE PILARES REFORÇADOS SUJEITOS A ACÇÕES CÍCLICAS


Ref - A. Gomes, IST


Pilar reparado

Varões emendados por soldadura

Pilar reforçado por encamisamento

Pilar reparado (P1R)

Pilar reforçado (P2R)


Pilar reforçado (P2R)


Modelo P1R Coeficiente de monolitismo Modelo P2R Coeficiente de

monolitismo

Rigidez 0.69 Rigidez 0.90

Força máxima 0.96 Força máxima 0.98

Energia dissipada 0.91 Energia dissipada 0.62

Ductilidade 1.00 Ductilidade 0.88

Reforço dos pilares de uma ponte


Reforço dos pilares por encamisamento


Teste piloto


Aspecto final dos pilares


REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR


�� Alteração do sistema estrutural

�� Aumento da capacidade resistente

�� Correcção do comportamento em serviço

Aplicação

Exemplos – Alteração do sistema estrutural

Eliminar um apoio

Introduzir um apoio elástico


Alterar o sistema de pilares

Exemplos – Corrigir comportamento deficiente


Controlo da fendilhação e deformação

Aumento da capacidade resistente

Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no refor ço do tabuleiro de uma ponte em caixão


g + q

PP

g, q

γγγγ g + γγγγ q’

Efeito do Pré-esforço


γγγγg g + γγγγq q

γγγγg g + γγγγq q’

g

g + P

(N = P; ∆σP)

P

(1)

(2)

δδδδ

Estrutura inicial

Estrutura reforçada

(1) Antes do reforço

(2) Após o reforço

� Aumento da capacidade de carga

� Melhoria do comportamento em serviço

Métodos de análise

Aná

lise

da s

ecçã

o

Aná

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da e

stru

tura

esfo

rço

com

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Mét

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Mét

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s eq

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lent

es)

Pré-esforço exterior (não aderente)

Dimensionamento


Pré-esforço interior (aderente)

Tensões antes do reforço Tensões após do reforço

Exemplo

Reforço com Pré-esforço exterior


Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”

Ancoragem dos cabos


Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”

Exemplo de reforço com pré-esforço exterior

Desviadores


Ancoragens


Exemplo de reforço de silos e depósitos com

pré-esforço exterior


REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS

Metodologias

a) Método Indirecto: Aplicação de contra-flecha à estrutur a

1) Aplicar força vertical para cima utilizando grandes macac os hidráulicos.


2) Colar o FRP à estrutura.

3) Retirar os macacos hidráulicos.

� Não é fácil de controlar o nível de PE instalado

� A relação PE instalado vs esforço para aplicar contra-flech a à estrutura em geral não compensa

1) Colar as extrem. do FRP em ancoragens e aplicar o PE num pórt ico auxiliar.

Metodologias

b.1)Método Directo: PE do FRP contra uma estrutura auxiliar


2) Aplicar o FRP PE à estrutura. Deixar o pórtico aux. até a res ina endurecer.

3) Cortar o FRP PE das ancoragens e transferir o PE para a estru tura.

� Fácil de aplicar em pequenas estruturas

� Necessita de pórtico auxiliar de grandes proporções em estr uturas de grande porte

1) Montar ancoragens na estrutura. 2) Aplicar PE no FRP.

b.2)Método Directo: PE do FRP contra a própria estrutura

Metodologias


� As ancoragens são uma vantagem para contrariar o arrancamen to prematuro por corte do FRP

� Este método só necessita de equipamento mais leve pelo que o t orna mais versátil

� É o mais promissor para aplicações in situ

� Encontrados exemplos de aplicações in situ em: Inglaterra, Suiça, Alemanha, Holanda, EUA, Itália,Áustria e Coreia

REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS

Tecnologia


1. Ancoragem fixa

Chapa de aço ligada ao elemento estrutural por meio de conectores. O laminado é colado à chapa e ao be tão com resina epóxi.

2. Ancoragem móvel

Laminado colado entre duas chapas de aço ligadas po r parafusos.

3. Sistema de aplicação do pré-esforço

Macaco hidráulico ligado a uma chapa de aço fixada por conectores ao betão que funciona como elemento de reacção. Após a aplicação do pré-esforço esta chapa funciona como ancoragem do laminado.

Aspectos Principais

−−−− Equipamento de aplicação do pré-esforço leve e fáci l de operar

−−−− Possível aplicar pré-esforço correspondente a along amentos do laminado da ordem

de 0.4 a 0.6%

−−−− Forças de pré-esforço da ordem de 50 – 100 kN

−−−− Redução das deformações e abertura de fendas nos el ementos reforçados (reforço activo)


−−−− Maior exploração da capacidade resistente dos lamin ados

−−−− Melhor comportamento do reforço devido às ancoragen s nas extremidades do laminado

−−−− Aumento de custo do reforço devido às chapas de anc oragem.

ENSAIOS


Resultados

dos ensaios


TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS

PRÉ-ESFORÇADOS


TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS

PRÉ-ESFORÇADOS



LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS

NÃO ADERENTES


Aplicação no reforço de uma laje


Ensaio do sistema de pré-esforço S&P

0,145

3,80

4,60

6,00

0,10

0,40

0,70 0,40

0,35

Laminado CFRP0,220

0,40 0,70

0,35 [m]

Chapas de ancoragem(400 x 220 x 8 mm ³)

8 Buchas metálicas(M10)




Ensaio do sistema de pré-esforço SIKA




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