reforço de pilares de concreto armado por meio de encamisamento ...
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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 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
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•••• 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;
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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)
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(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
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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-PS2-Prov_1) Poly. (ADS-PS2-Prov_2)
Poly. (ADS-PS3-Prov_1) Poly. (ADS-PS3-Prov_2)
Poly. (ADS-PS4-Prov_1) Poly. (ADS-PS4-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
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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)
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- 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
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Amarração dos varões nos nós
Amarração dos varões nos nós
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Amarração dos varões nos nós
Verificação da segurança de vigas à flexão
Modelo de comportamento
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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
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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
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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
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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
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Verificação da segurança de pilares
γγγγn,M N = 0.90
Método dos coeficientes globais
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- 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]
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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
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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
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−−−− Necessidade de amarrar eficazmente varões no menor comprimento possível
Selagem com resina epóxi
AMARRAÇÃO DE VARÕES
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Referência - HILTI
•••• Amarração de varões
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Referência - HILTI
•••• Amarração de varões
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Referência - HILTI
•••• Amarração de varões
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estru turas
Referência - HILTI
•••• Ligação betão-betão com conectores
Conector tradicional
Comportamento adequado para a ligação - ductilidade
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Comportamento adequado para a ligação - ductilidade
Referência - HILTI
•••• Ligação betão-betão com conectores
Exemplo – Reforço do tabuleiro de uma ponte
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Referência - HILTI
•••• Ligação betão-betão com conectores
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Referência - HILTI
•••• Ligação betão-betão com conectores
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Referência - HILTI
COMPORTAMENTO DE PILARES REFORÇADOS SUJEITOS A ACÇÕES CÍCLICAS
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Ref - A. Gomes, IST
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Pilar reparado
Varões emendados por soldadura
Pilar reforçado por encamisamento
Pilar reparado (P1R)
Pilar reforçado (P2R)
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Pilar reforçado (P2R)
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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
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Reforço dos pilares por encamisamento
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Teste piloto
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Aspecto final dos pilares
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REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR
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���� 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
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Alterar o sistema de pilares
Exemplos – Corrigir comportamento deficiente
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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
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g + q
PP
g, q
γγγγ g + γγγγ q’
Efeito do Pré-esforço
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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
lise
da e
stru
tura
esfo
rço
com
o el
emen
tos
estr
utur
ais)
Mét
odos
sim
plifi
cado
s(c
arga
s eq
uiva
lent
es)
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Aná
lise
da e
stru
tura
(cab
os d
e pr
é-es
forç
o co
mo
elem
ento
s es
trut
urai
s)
Mét
odos
sim
plifi
cado
s(c
arga
s eq
uiva
lent
es)
Pré-esforço exterior (não aderente)
Dimensionamento
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Pré-esforço interior (aderente)
Tensões antes do reforço Tensões após do reforço
Exemplo
Reforço com Pré-esforço exterior
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Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
Ancoragem dos cabos
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Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
Exemplo de reforço com pré-esforço exterior
Desviadores
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Ancoragens
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Exemplo de reforço de silos e depósitos com
pré-esforço exterior
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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.
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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
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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
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� 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
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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)
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−−−− 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
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Resultados
dos ensaios
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TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS
PRÉ-ESFORÇADOS
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TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS
PRÉ-ESFORÇADOS
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LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS
NÃO ADERENTES
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Aplicação no reforço de uma laje
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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)
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Resultados dos ensaios
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Ensaio do sistema de pré-esforço SIKA
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Resultados dos ensaios
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