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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 Estruturas

•••• Campos de aplicação

−−−− Aumentar a resistência de zonas comprimidas

−−−− Necessidade de grande aumento de resistência/rigidez

−−−− Necessidade de garantir boa protecção ao fogo das armaduras de reforço

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


•••• Aspectos principais da solução

−−−− Implica um aumento das dimensões das secções transversais

−−−− Grande interferência na utilização da estrutura

−−−− Relativamente ao reforço com chapas metálicas apresenta as vantagens do reforço

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

−−−− Requer preparação de superfície cuidada do betão existente

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 adição 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 iniciais)

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 iniciais

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 + Ars zr f r

syd

Aeqs = A i

s + Ars

f rsyd

f isyd

zeq = A i

s zi f isyd + Ar

s zr f rsyd

A is f i

syd + Ars f r

syd

Verificação da segurança de vigas à flexão

Admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:

Mrd ≈≈≈≈ γγγγn,M

Aeqs 0.9 d

eq f i

syd = f isyd

Ais 0.9 d

i + Ar

s 0.9 dr

f rsyd

f isyd

Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras

f rsyd d

eqd

ii


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 - Ai

s d

i

dr

i

r

Ligação entre o betão existente e o material de adição

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


Os valores das tensões tangenciais são dados por:

ττττ1 = Vsd

br zeq ττττ2 =

Vsd

br zeq ××××

Ars f r

syd

Ars 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 transverso

Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd bizi sen θθθθ cos θ + θ + θ + θ + 0.50.50.50.5 ∗ ∗ ∗ ∗ 0.6 fcd (br- bi) zr sen θθθθ cos θ θ θ θ


rd

Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )V ird + V r

rd

Vrd = γγγγn,v

0.9 di 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

iRd

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:

Afc < 2 Ai

c

Afc > 2 Ai

c (a secção inicial é desprezável)

Aumento da resistência à compressão devido à cintagem (confinamento)

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

σσσσ2

fcd < 0.05

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

σσσσ2

fcd > 0.05

ou:

Resistência à compressão [MC90]


σσσσ2 – tensão de confinamento: σσσσ2

fcd =

1

2 ωωωωw

ωωωωw = volume de estribos

volume de betão =

2 (b0 + h0) φφφφ 2

est

4 1

s

b0 h0

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

(no caso de pilares rectangulares com cintas no contorno)

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 reforço 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

Méto

do

s d

e a

nális

e

Análise da secção

Análise da estruturaesforço como elementos estruturais)

Métodos simplificados(cargas equivalentes)

Reab

ilitação

e R

efo

rço

de E

stru

tura

sD

iplo

ma d

eF

orm

ação

Avan

çad

aem

En

gen

haria

de E

stru

tura

s

Análise da estrutura(cabos de pré-esforço como elementos estruturais)

Métodos simplificados(cargas equivalentes)

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 – Reforço com Pré-esfprço

ALÇADO


PILAR P7 E P8 - CORTE TRANSVERSALPRÉ-ESFORÇO

PILAR P7 E P8 - PLANTA AO NÍVEL DO TABULEIROPRÉ-ESFORÇO

Exemplo

PILARES P7 e P8(EXISTENTE)

PILARES P7 e P8REFORÇO DA SAPATA


POR ENCAMISAMENTO

PILARES P7 e P8REFORÇO DO PILAR

ExemploLOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇOCORTE

LOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇOPLANTA


ExemploCORTE

LOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇO


PLANTA

Exemplo:

Reforço de Pilastras

para a acção sísmica


Exemplo


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