Tipos e Patologias Técnicas de Reforço Métodos ...paginas.fe.up.pt/~earpe/conteudos/REF/FEUP_ReforcoFundacoes - Alex... · Patologias NF actual Estacas madeira Grelha de distribuição

FEUP – Reabilitação de Estruturas e FundaçõesPorto, 13 de Maio de 2009

1/73



2/73

Casos Práticos

Tipos e Patologias

Métodos Construtivos

Disposições Construtivas

Técnicas de Reforço


3/73

Tipos e Patologias


4/73

Tipos de Fundações tradicionais em terrenos brandos

Solução de fundações por arcos apoiados em pegões

Solução de fundações por lintéis sobre estacas de madeira


5/73Tipos de Fundações

Variabilidade da Geologia


6/73

Patologias

NF actual

Estacas madeira

Grelha de distribuição

Piso térreo

Degradação da estaca de madeira pelo efeito de rebaixamento do NF

Estacas de madeira: efeito da variação do nível freático

Exemplo : Baixa Pombalina - estacas adoptadas como elemento de tratamento do terreno

NF inicial


7/73

Patologias

Fissuras diagonais devidas a

assentamento diferencial

Fissuras verticais junto a edifício

vizinhos


8/73

Patologias Tipo

Roturas em condutas Escavações Deficiente concepção

Fundação em aterros Vibrações Heterogeneidade geológica


9/73

Patologias

Deformação

CargaE.L. Último

E.L. Utilização (comb. rara acções)

Margem Segurança em relação

à rotura

Deformação admissível


10/73


Tipos e Patologias


11/73


Incremento da capacidade resistente por tratamento

do terreno

Incremento da capacidade resistente

por microestacas

Incremento da capacidade resistente por alargamento

das sapatas


12/73


Tipos e Patologias



13/73

Faseamento executivo, injecção IRS com tubo TM

1ª fase

Perfuração destrutiva com vara de pequeno diâmetro até à base da microestaca

Métodos Construtivos (i): Microestacas


14/73


1ª fase 2ª fase


Colocação do tubo da micro-estaca no interior do furo e preenchimento do espaço anelar entre o tubo e o solo com calda de cimento



15/73


1ª fase 2ª fase 3ª fase



Injecção com obturador duplo, através de válvulas manchete (IRS), localizadas na zona do tubo correspondente ao comprimento de selagem (Ls)

L S



16/73


1ª fase 2ª fase 3ª fase 4ª fase



Injecção com obturador duplo, através de válvulas manchete (IRS), localizadas na zona do tubo correspondente ao comprimento de selagem (Ls)

Preenchimento do espaço interior do tubo, correspondente ao comprimento livre, com calda de cimento

L S



17/73

Faseamento executivo, injecção IGU com tubo MV

1ª fase


Métodos Construtivos (ii): Microestacas


18/73


1ª fase 2ª fase


Colocação do perfil da micro-estaca no interior do furo e preenchimento do espaço anelar entre o tubo e o solo com calda de cimento



19/73





Injecção com obturador simples, através de tubo multiválvulas aco-plado ao perfil (IGU), com as válvulas na zona correspondente ao comp. selagem (Ls)

L S



20/73





Injecção com obturador simples, através de tubo multiválvulas aco-plado ao perfil (IGU), com as válvulas na zona correspondente ao comp. selagem (Ls)

Preenchimento do espaço interior do tubo, correspondente ao comprimento livre, com calda de cimento

L S



21/73

a) Perfuração de pequeno diâmetro

b) Instalação do tubo TM no interior do furo

c) Injecção de preenchimento do espaço anelar entre paredes do furo e do TM

d) Injeccção IRS

Injecção de calda de cimento através das válvulas manchete e de obturador duplo

Manchete

Solo

Calda injectada sob pressão

Calda

Faseamento executivo, injecção IGU com tubo MVMétodos Construtivos (ii): Microestacas


22/73

Microestacas como ele. de fundação / reforço de fundação de estruturas de grande porte


23/73

Microestacas em soluções de recalçamento

100

Pormenor A

Pormenor B

Barras Gewi

Pilar a recalçar

Maciço e perfil de

travamento

Microestacas dimensionadas

para a encurvadura

1ª T

ran

sfer

ênci

a C

arg

a

94,5


24/73

Microestacas em soluções de recalçamento

2ª T

ran

sfer

ênci

a C

arg

a

Nova viga

Macaco plano

100

94,5

Pormenor A

Nova laje

Paredes

Microestacas cortadas depois

de aliviadas

Pormenor B

Macaco plano

Nova laje

Pilar a recalçar


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Microestacas em soluções de recalçamento: macacos planosPilar / Parede a

recalçar

Nova estrutura

Microestacas

Macaco Plano (Nmáx teórico=600 kN, Nmáx aplicado=200 kN)

Descarregado

Carregado

hc - hd = 25mm: abertura máx.

Circuito hidráulico

Manómetro

Bomba

G1

hc

hd

Válvula de entrada

Válvula de saída

Chapa de aço

Nicho de acesso

Nova laje


26/7326/150Maciços de

encabeçamento em soluções de

recalçamento – barras GEWI

Min 1,20

Ls

(min

4.0

m)

Barras GEWI


27/73

Maciços de encabeçamento em soluções de recalçamento – barras GEWI


28/73

Maciços de Encabeçamento em soluções de recalçamento –barras GEWI: momento aperto


29/73

Microestacas em soluções de recalçamento: importância da utilização de uniões exteriores

Seccionamento do tubo metálico pela

união interior


30/73

Dimensionamento de microestacas à encurvadura

Situações de desconfinamento por escavação: recalçamento

Localização na água ou em terrenos brandos ou com potencial de liquefacção

Condições de aplicação:

Principais regras: Limitar comprimento de

encurvadura: < 120

Limitar a tensão no aço: fserviço < 0,25 a 0,50 fyd


31/73

Conceito de comprimento de encurvadura: Le = le


32/73

P

n = 1Pcr

(1)=2EI/Le2

L

P P

n = 2Pcr

(2)=42EI/Le2

n = 3Pcr

(3)=92EI/Le2

Pcr(1) = PE

Pcr(2) = 4PE

Pcr(3) = 9PE

P

PE - Carga de Euler, menor carga crítica

Conceito de carga crítica - Pcr

Trajectórias de pós-encurvadura

Modos de encurvadura de

uma coluna simplesmente

apoiada

Conceito de comp. de encurvadura - Le distância entre pontos de inflexãoColuna bi- apoiada: Le = L

Coluna encastrada-apoiada: Le = 0,7 L

Coluna bi-encastrada: Le = 0,5 L

Coluna em consola: Le = 2 L

Casos reais: relação entre a rigidez da coluna (kc) e dos elementos adjacentes (k1 e k2) ver ábacos

Diagrama de bifurcação de equilíbrio


33/73

Comportamento de colunas em regime elasto-plástico

Geometria e imperfeição inicial ()

Trajectórias de equilíbrio


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Trajectórias de equilíbrio da coluna com uma configuração deformada inicial

Carga - deslocamento adicional Carga – deslocamento total


35/73

E = PE /A = 2EI/ALe2

A curva de dimensionamento de uma coluna ideal é definida pelo menor dos valores:

PE = A E - Carga de Euler, menor carga crítica;P = A fy - Carga da plastificação da secção

Curva de dimensionamento de uma coluna ideal: E = fy

Dimensionamento óptimo valor óptimo da esbelteza: 1, para: fy R 2E/ 12

NR = A R,

com R = min (E, fy)

Esforço axial resistente

Curva de dimensionamento da coluna ideal relação entre fy e E R (fy, E)

com: i = I /A e = Le/i E = 2E/ 2

1 = E/ fy

Esbelteza normalizada1 = fy / E

1Le / i

/ 1

Plastificação da secção Encurvadura por varejamento

fy

R fy = E

E

Curva de dimensionamento de uma coluna ideal

(coluna ideal: para P < Pcr = 0)

Resistência Encurvadura


36/73

Curva de dimensionamento de colunas

Resultados obtidos em ensaios experimentais de colunas reais


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A curva de dimensionamento de uma coluna real é condicionada pelo efeito das imperfeições geométricas:

max = N/A + Mc/I < fy fy = N/A {1 + (c/i2) [E/(E-(N/A))]}

N/A= 0,5{[fy + E(1+)] - [fy + E(1 + )]2 - 4fy E} ,

Efeito das imperfeições geométricasMomento 2ª ordem

(coluna real, com imperfeições geométricas: para P < Pcr > 0 Mc= N )

Eq. Perry:

Eq. Perry -Robertson

Pcr

P

com = c /i2 = 0,003

Curva ideal

Curva real

fy

R

E

Coluna ideal: = 0

Coluna real: = 0

Curva de dimensionamento:

efeito das imperfeições geométricas

O efeito das imperfeições

geométricas é maior na zona de

dimensionamento óptimo ( = 1)

EC3 - Coluna real curvas a, b, c e d (imperfeições geo. + tensões residuais)


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Dimensionamento de colunas (perfis de aço laminados a quente):Resistência das secções transversais ( e )

[estabilidade local (classificação da secções)];Encurvadura por compressão (varejamento);Deformabilidade (coef. esbelteza máximo - );

E.l.últimos

E.l.utilização

Necessário verificar segurança à encurvadura:Varejamento (REAE Artº 42 e 48);

“Resistência à Encurvadura de Barras à Compressão” (EC3).

Fenómeno dependente da geometria da barra - conceitos:Carga crítica: Pcr

(n) = n22EI/Le2, n - modo de encurvadura da barra

Comprimento de encurvadura: Le = L, - cond. fronteira da barra

Coeficiente de esbelteza: = Le / i, i - raio de giração da barra

Elementos lineares submetidos a esforços axiais de compressão:


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REAE (Resistência à compressão sem plastificação - Artº 41):Sd < Rd = fyd, tensões normais

Sd < Rd = (1/ 3)fyd, tensões tangenciais

EC3 (Resistência à compressão – Artº 5.3):Estabilidade local - classificação secções

Classe 1: permite dim. plásticoClasse 2: permite dim. plástico, c/ capac. rotação limitadaClasse 3: permite dim. plástico, c/ capac. rotação limitadaClasse 4: não permite dim. Plástico

Compressão simples (Resistência sem e com plastificação –Artº 5.4):

NSd <Nc.Rd = A fy / M0 (classes 1, 2 e 3)

Aeff fy / M1 (classe 4)

Esb

elte

za

• geometria• distr. tensões• fabrico

-

+


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REAE (Encurvadura por varejamento - Artº 42 e 48):Sd < Rd = fyd, tensões normais [Sd = NSd / (A)]

[depende da geometria da barra:

= Coef. encurvadura = Coef. esbelteza = Le / i ]Tipo de aço

Fe 360

Fe 430

Fe 510

Coeficiente de esbelteza - Coeficiente de encurvadura -

<= 20

<= 105

> 105

<= 20

<= 20

<= 96

<= 85

> 96

> 85

= 1,0

= 1,1328 – 0,00664 = 4802 /

= 1,0

= 1,1460 – 0,00730 = 4103 /

= 1,0

= 1,1723 – 0,00862 = 3179 /


41/73

EC3 (“Resistência à Encurvadura de Barras” – Artº 5.5):

NSd <Nb.Rd = AA fy / M1

A = 1, para secções de classe 1, 2 e 3A = Aeff / A , para secções de classe 4

= 1/(+ [2 - 2]); c/ <1 (factor de redução - tabela):

= [AA fy /Ncr] = ( /1) [A] ; = factor imperfeição

= [E / fy] = 93.9 ; = 235/fy, = 0,5[1+ ( -0,2) + 2]

Tipo de secção:curvas a, b, c e d

Impe

rfei

ções

geo

mét

rica

s

Ten

sões

res

idu

ias


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Resistência à Encurvadura de Barras: EC3, Artº 5.5.1le (comprimento de encurvadura)

max = le / i (coef. de esbelteza)

= [ / 93.9 A (coef. de esbelteza normalizado)

< 0.2?

Barras de pequena esbelteza, onde Ncr >> Npl

Artº 5.4.4 – Nc.Rd, Compressão simples

a), b), c), d) (factor de redução devido à encurvadura)

SIM NÃO

Nb.Rd = [ A A fy ] /M1

= 235/fy

Tabela 5.5.2


43/73

Curvas de dimensionamento de colunas: EC3

Os valores LT das curvas podem ser consultados na

Tabela 5.5.2 do EC3


44/73

Fundações por microestacas – controlo da verticalidade e dos parâmetros de execução


45/73

1ª fase

Perfuração destrutiva com vara de pequeno diâmetro

Métodos Construtivos(iii): C. Jet GroutingFaseamento executivo, colunas tipo 1


46/73

1ª fase 2ª fase


Final da perfuração quando esta atingir a cota da base da coluna



47/73




Subida da vara com jacteamento de calda a alta pressão, acompanhada de movimento de rotação à velocidade pré-definida



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Subida da vara com jacteamento de calda a alta pressão, acompanhada de movimento de rotação à velocidade pré-definida

Final do jacteamento quando o bico injector atingir a cota correspondente ao coroamento da coluna



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Tipos e Patologias


Disposições Construtivas


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Min 1,20

Ls

(min

4.0

m)

Disposições Construtivas (i): Microestacas - Solução Centrada


51/73

Ls

(min

4.0

m)

Min 1,20

so

lo -

cald

a

Min

0,25

Disposições Construtivas (ii): Microestacas - Solução Excêntrica


52/73

Min 1,20

Ls

(min

4.0

m)

Barras GEWI

Disposições Construtivas (iii): Microestacas – Barras pré-esforçadas


53/73Disposições Construtivas (iv): Microestacas –Uniões exteriores


54/73Disposições Construtivas (v): Microestacas auto perfurantes


55/73

Dis

po

siç

õe

s C

on

stru

tiva

s (v

):

Mic

roes

taca

s au

to p

erfu

ran

tes

–es

pes

sura

d

e sa

crif

ício


56/73

Disposições Construtivas (v): Microestacas auto perfurantes


57/73

Disposições Construtivas (vi): Microestacas – Controlo verticalidade


58/73

Chapa de topo

Centra-lizador

Ponteira

Aumenta a aderência entre o tubo e o betão do maciço de encabeçamento

Assegura a uniformização do recobrimento das paredes do tubo

Facilita a introdução do tubo no furo, nos casos em que este se encontre previamente preenchido com calda de cimento

Disposições Construtivas (vii): Microestacas – Aspectos construtivos


59/73

Jet Grouting – Soluções Recalçamento

Recalçamento e reforço de fundações

Recalçamento e de fundações e contenção

de terrenos


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Versatilidade de equipamentos para trabalhos “indoor” (pé direito 2,20m)


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63/73



64/73



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66/73



67/73



68/73



69/73



70/73

Injecções Polímeros – Soluções Reforço

Reforço por preenchimento dos vazios de solos submetidos a cargas moderadas através de injecção de resinas hidroexpansivas, à base de

poliuretano


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72/73


Preenchimento de cavidades


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