Reforco de Fundacoes
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Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
0/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João VeludoJoão Veludo (Prof. Adjunto da ESTG - IPLeiria)
Reforço de fundações. Aspectos estruturais: ligação micro-estaca estrutura
REFORÇO DE FUNDAÇÕES
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
1/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro -estacas
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
2/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
1ª SESSÃO
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
3/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro-estacas
4. Ligação Micro-estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
4/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
1. Introdução
• A reabilitação e o reforço de estruturas de betão armado
implicam em variadíssimas situações o reforço das suas
fundações e muitas vezes o recalçamento da própria
estrutura.
• As operações de reforço de fundações são na grande
maioria operações bastante complexas e onerosas.
• Os trabalhos de reforço são executados sobre uma
estrutura existente e na grande maioria das situações em
funcionamento.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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1. Introdução� A necessidade de reforço de fundações resulta de um
mau desempenho das fundações ou quando se procede à
alteração de uso ou ao reforço da estrutura.
� Todos os problemas associados às fundações
manifestam-se ao nível da superestrutura na forma de
assentamentos ou de fissuras sendo responsáveis por
danos arquitetónicos, danos de funcionamento e danos
estruturais.
� O diagnóstico do problema é fundamental para tomada de
decisão da necessidade de reforço da fundação e qual o
tipo de reforço a adotar.
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1. IntroduçãoLimites admissíveis para assentamentos diferenciais
1/100 1/200 1/300 1/400 1/500 1/600 1/700 1/800 1/900
Fissuras de grandes dimensões
Rotura estrutural (ELU)
Fendilhação em paredes (ELS)
Fendilhação emedifícios correntes
Limite paraequipamentossensíveis
S1 S2 S3 S4
βmáxθmáx ∆smáx
θ - rotação
β - rotação relativa ou distorção angular
ω - inclinação
smáx - assentamento máximo
∆smáx - assentamento diferencial máximo
ω
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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1. Introdução- Fendilhação de elementos não estruturais
a) Pilares interiores
assentamento assentamento assentamento
b) Pilares exteriores
A fendilhação resulta da rotura das alvenarias por tração cuja resistência é
muito reduzida. O assentamento dos apoios provoca um estado de tensão,
com isostáticas de compressão e tração, nos elementos não estruturais.
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1. IntroduçãoAssentamento diferencial entre pilares
cos cos2
sen
ε ε επθ ββ
∆ = ≅ = −
2 2a b
sen b
ε εβ
+∆ ≅ ≅
l
l + ∆
tracção
compress
ão
Pormenor
estado de tensão
assentamentodiferencial (∆)
biela
tirantefenda
a)
b)
c)
pilares
fenda
fend
a
fenda
P1
P2
F1F2a
b
∆
ω
L
a´
θa´
L
ε
β
L´=L + ε
π/2−β
∆
∆
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ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro-estacas
4. Ligação Micro-estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
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2. Soluções de Reforço
2.1 Escolha do tipo de reforço
A escolha do tipo de reforço depende de vários fatores:
• Tipo de solicitação: estática ou dinâmica; permanente ou temporária;
• Estado de conservação da fundação existente;
• Assentamentos máximos admissíveis para a estrutura;
• Condições do solo de fundação;
• Profundidade do nível freático;
• Estado de conservação da superestrutura;
• Condições de acesso e de mobilidade para a execução dos trabalhos;
• Perigo de desastres ambientais.
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2. Soluções de Reforço
2.2 Técnicas de reforço
a) Melhoramento do solo de fundação (injeções;
inclusões rígidas; geossintéticos);
b) Reparação da fundação (fendilhação e delaminação
do betão; corrosão de armaduras);
c) Reforço da fundação por alteração da sua geometri a
(alargamento da base com ou sem sobreposição);
d) Aumento da rigidez da estrutura ;
e) Reforço com recalçamento da fundação .
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoa) Reparação da fundação- Fundações superficiais
a) Antes da reparação b) Picagem de betãoe colocação de conetores
c) Encamisamento d) Após reparação
Reparação da fundação de uma antena de telecomunicações
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoa) Reparação da fundação- Fundações profundas
a) Reparação de estacas debetão com FRP
Reparação de estacas de betão armado e estacas metá licas em ambientes marítimos.
a) Reparação de estacas metálicascom betume mantas de PEAD
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3. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoa) Reparação da fundação- Fundações profundas
Laje de betão para redistribuir esforços
Elementos metálicos
Encamisamentocom betão
Reparação de estacas de madeira
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação
Quando o terreno de fundação tem capacidade de carga suficiente, mas a área da
fundação é insuficiente, devido a erros de projeto ou a um aumento da carga
aplicada á estrutura, o reforço de fundações pode ser realizado com alargamento
da fundação existente.
P P+∆P
a bac
a) Tensão para cargas existentes; b) Tensão para o aumento de carga; c) Tensão total
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação
Redução da superfíciede rotura
Superfíciede rotura
A
C
B
P P
q=γ.D q=γ.D D
0,5u c c c c q q q qq c N b s i q N b s i B N b s iγ γ γ γγ ′′′′= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação- Alargamento sem sobreposição
emenda de varões comacopladores permiteuma menor escavação
furos a executarpara selagem dearmadurasconectores
a não utilização deacopladores implicauma maior escavação
superfícierugosa
armaduraexistente
fundação existente
superfícierugosa
alargamento
fundação existente
armaduraexistente
varões depré-esforço
placas deancoragem
Aumento da área de contacto . Este reforço pode ser executado com varões
correntes selados em furos previamente executados na fundação existente ou por
aplicação de varões roscados pré-esforçados.
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação- Sobreposição
Hi H
f
camada de betãode sobreposição
armaduraexistente
fundação existente
armadura dereforço
conectores
varões depré-esforço
h s
Esta solução permite
aumentar a capacidade
resistente:
• à flexão;
• ao corte;
• ao punçoamento.
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação- Alargamento com sobreposição
armadurade reforço
emendade varões
armaduraexistente
fundação existente
estribosconectores
armadurade reforço
Hi H
f
h s
superfícierugosa
superfícierugosa
armadurade reforço
fundação existente
estribosconectores
Hi H
f
h s
estacas de reforço
estacasexistentes
Aumentar a área de contacto e a capacidade resistente à flexão, ao cortee ao punçoamento.
a) Sapatas isoladas b) Maciços de encabeçamento
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação- Considerações para dimensionamento
1. Determinação das ações atuantes;
2. Verificação da capacidade resistente do solo de fundação;
3. Verificações do estado limite último de flexão;
4. Verificação ao estado limite último de punçoamento;
5. Verificação ao estado limite último de esforço transverso;
6. Verificação da tensão tangencial nas juntas de betonagem;
7. Verificação ao corte da ligação pilar / fundação.
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação- Verificação da tensão tangencial nas juntas de bet onagem
• dimensionamento de conectores
Eurocódigo 2 (2010)- cláusula 6.2.5
( ), cos 0.5Rd i ctd n yd cdv c f f sen fµ σ ρ µ α α ν= ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ≤ ⋅ ⋅
s
w
τσ
στ
σs
σs
Coesão Atrito Dowelaction
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoc) Alteração da geometria da fundação- Exemplo de reforço com alargamento com sobreposiçã o
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoe) Reforço com recalçamento
As técnicas de reforço referidas anteriormente nem sempre são aplicáveis,
quer pelo aumento considerável de cargas na estrutura, quer pela
natureza do solo de fundação, sendo nestas situações necessário
transferir as cargas da estrutura para estratos mais profundos.
Os principais objetivos do recalçamento são os seguintes:
• Corrigir e evitar os assentamentos da estrutura;
• Evitar os assentamentos de uma estrutura no caso da realização de
escavações na sua vizinhança;
• Reforçar as fundações para aumentar a sua capacidade de carga.
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçod) Reforço com recalçamento- Métodos utilizados
1. Recalçamento com sapatas contínuas em betão armado
ou de maciços de betão;
2. Recalçamento com estacas moldadas;
3. Recalçamento com cravação de estacas prensadas;
4. Recalçamento com injeções;
5. Recalçamento com micro-estacas .
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2. Soluções de Reforço2.2 Técnicas de reforçoe) Reforço com recalçamento3. Recalçamento com estacas prensadas
estruturaexistente
prato dereação
macacohidráulicobloco deaço
entivaçãomacacohidráulico
estruturaexistente
estacas
furo previamenteexecutado nafundação existente
estruturade reacção
selagem
Cravação de elementos segmentados sobrepostos de betão armado ou metálicos.A sua cravação é feita com o auxílio de macacos hidráulicos.
b) Instalação através da fundaçãoa) Instalação sob a fundação
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3. Soluções de Reforço3.2 Técnicas de reforçoe) Reforço com recalçamento- Exemplo de recalçamento de uma moradia com estacas prensadas
1 2
3
3
5 6
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro -estacas
4. Ligação Micro-estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.1 Micro-estacas: Definição
• As micro-estacas são elementos estruturais de pequeno diâmetro,inferior a 300 mm, perfurados no solo e injetados sob pressão comcalda de cimento e reforçados através de tubos, perfis metálicos e / ouvarões em aço, capazes de transferir as cargas para estratos maisprofundos e / ou limitar deformações.
• Podem ser igualmente cravadas, sendo constituídas por elementosmetálicos de pequeno diâmetro e pequenos segmentos (0.5 a 1.0 m), einstaladas com auxílio de macacos hidráulicos e de um sistema dereação.
• São elementos que podem trabalhar à compressão ou à tração, sendoa transferência de carga feita essencialmente por atrito lateral, nainterface calda / solo, podendo contudo mobilizar alguma resistência deponta.
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.1 Micro-estacas: Utilizações
• Aumento da capacidade de carga de fundações devido à
alteração de uso de edifícios;
• Reforço sísmico de estruturas;
• Controlar e prevenir assentamentos;
• Resistir a esforços de levantamento em argilas expansivas ou
em situações em que pode ocorrer levantamento hidráulico;
• Recalçamento de estruturas;
• Suporte de escavações em zonas urbanas consolidadas.
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.1 Micro-estacas: processos construtivos ( EN 14199-2005)
c) injecção de prenchimentocom pressão
a) injecção de preenchimentosem pressão
b) injecção de prenchimentocom revestimento
obturador
d) injecção global unitária [IRU] e) injecção repetida selectiva [IRS] f) injecção multi-tubo
obturador
tubomanchete
tubo deinjeção
tubo deinjeção
tubomanchete
armaduras
tubulares
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.1 Micro-estacas: processos construtivos ( equipamento )
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.1 Micro-estacas: processos construtivos ( equipamento )
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.2 Materiaisa) Caldas de cimentoA EN 14199 define calda como um ligante constituído por água e cimento
por vezes contendo aditivos e agregados finos responsável pela
transferência de cargas do corpo da micro-estaca para o solo funcionando
também como proteção contra a corrosão.
As caldas são um elemento fundamental nas micro-estacas e têm as
seguintes funções :
• Transferir as cargas entre as armaduras e o solo;
• Nas secções compostas suportam parte da solicitação quando
solicitadas à compressão;
• Servem como proteção das armaduras;
• Servem para a densificação do solo.
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.2 Materiaisa) Caldas de cimento: CaracterísticasAs principais características a que devem obedecer as caldas são asseguintes:
• A relação água / cimento deve ser inferior a 0.55. Os valores usuais situam-se
no intervalo 0.40-0.50 de modo a garantir uma elevada resistência e serem
suficientemente fluidas;
• A água a utilizar na amassadura deve ser potável para reduzir os riscos de
corrosão das armaduras;
• A resistência à compressão deve ser superior a 25 MPa (valores usuais situam-
se entre 28 e 35 MPa);
• Os cimentos a utilizar devem ser do tipo CEM I ou CEM II;
• Devem apresentar exsudação e variação de volume reduzidas.
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.2 Materiaisb) Armaduras
A armadura a utilizar depende da carga a suportar e da rigidez axial
necessária para limitar o deslocamento elástico da micro-estaca, podendo
utilizar-se varões isolados (maciços ou ocos), grupo de varões (soluções
multi-varões), tubos e perfis.
a) Varões b) Tubos
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.2 Materiaisb) Armaduras
a) Varões nervurados com rosca interrompida
c) Varões nervurados ocos
b) Varões nervurados com rosca continua
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.2 Materiaisb) Armaduras (varões)
Designação Norma f y (MPa) ft (MPa) φφφφ (mm)
GEWI Threadbar(aço normal)
NP EN 10080 (2005)
ASTM A615 (2003)
500 550 32, 40 e 50
555 700 63.5
GEWI Plus 670 800 28-63.5
GEWI Threadbar(aço de pré-esforço)
prEN 10138-4 (2009)ASTM A722 (2008)
950 1050 26.5-47
Hollow Bar EN 10083-1 (2006) 470-590* (520-750)* 25-76
* Estes valores variam de acordo com os diâmetros adotados; fy - Tensão de cedência à tração do aço; ft - Tensão de rotura à tração do aço; φ - Diâmetro do varão
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.2 Materiaisb) Armaduras (Tubos)
Designação Normafy
(MPa)fu
(MPa)dt
(mm)et
(mm)
St52 e E355 EN 10025-2 (2007) 355 500 60-168 5-12.5
K 55 - J 55EN 10210-1 (2008)EN 10219-1 (2009)
387 527 60.3-73 5.5
N 80API 5CT (2006)API 5L (2004)
ISO 11960 (2010)551 703 60.3-177.8 7-19
fy - Tensão de cedência à tração do aço; ft - Tensão de rotura à tração do aço; dt - Diâmetro exterior do tubo; et - Espessura do tubo
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3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.2 Materiaisb) Armaduras (Tubos)
Dext e A I i w M Rd NRd VRd
[mm] [mm] [cm2] [cm4] [cm] [cm3] [kNm] [kN] [kN]60,3 5,0 8,69 33 1,96 11,1 5,7 442,2 162,573 6,0 12,63 71 2,38 19,6 10,0 642,9 236,3
88,9 6,5 16,83 144 2,92 32,3 16,5 856,6 314,988,9 7,5 19,18 160 2,89 36,0 18,3 976,4 358,988,9 9,5 23,70 189 2,83 42,6 21,7 1206,4 443,4101,6 9,0 26,18 283 3,29 55,8 28,4 1332,9 489,9114,3 7,0 23,60 341 3,80 59,7 30,4 1201,3 441,5114,3 9,0 29,77 416 3,74 72,7 37,0 1515,7 557,1127 9,0 33,36 584 4,18 92,0 46,8 1698,5 624,3
139,7 9,0 36,95 793 4,63 113,5 57,8 1881,3 691,5177,8 9,0 47,73 1705 5,98 191,8 97,6 2429,7 893,1177,8 10,0 52,72 1862 5,94 209,4 106,6 2683,7 986,4177,8 11,5 60,08 2087 5,89 234,7 119,5 3058,7 1124,2
( )/1.1; /1.1; / 1.1 3 2 /Rd yd Rd yd Rd v yd vM w f N A f V A f com A Aπ= ⋅ = ⋅ = ⋅ =
;
;
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
40/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.2 Materiaisc) Secções tipoAs secções a utilizar dependem da capacidade pretendida podendo ser
constituídas por um varão, ou grupo de varões, por tubos metálicos ou soluções
conjuntas de tubos reforçados com varões selados no seu interior.
varão calda
varãotubo
calda
tubo calda
varões caldatubo calda
tubo calda
varõesvarão
a) b) c)
d) e) f)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
41/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.3 Tipos de Micro-estacasa) Micro-estacas com varões
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
42/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
3. Reforço de Fundações com Micro -estacas3.3 Tipos de Micro-estacasa) Micro-estacas tubulares
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
43/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.3 Tipos de Micro-estacasc) Micro-estacas auto perfurantes
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
44/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.3 Tipos de Micro-estacasd) Micro-estacas hélice
Capacidade de carga
� Compressão
Cu=2500 kN
� Tração
Tu=2000 kN
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
45/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.4 Soluções de reforçoa) Recalçamento de edifícios históricos
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.4 Soluções de reforçob) Suporte de escavações e obras no sub-solo
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.4 Soluções de reforçoc) Reforço de fundações superficiais
fundação existente
furo executadona fundaçãoexistente
calda decimento
micro-estacasde reforço
conetores
micro-estacasde reforço
fundação existente
a) Reforço com ligação selada b) Reforço com alargamento
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.4 Soluções de reforçoc) Reforço de fundações superficiais
furovarõespré-esforçados
fundaçãoexistente
micro-estacasde reforço
superfícierugosa
armadurade reforço
fundação existente
estribosconetores
micro-estacasde reforço
c) Reforço com alargamento e aplicação de pré-esforço lateral
d) Reforço com alargamento e sobreposição
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4. Reforço de Fundações com Micro -estacas4.4 Soluções de reforçod) Reforço de fundações profundas
a) Reforço com alargamento e sobreposição
b) Reforço com alargamento e recalçamento
micro-estacasde reforço
estacas existentes
alargamento
ligaçãoquímica
superfícierugosa
estribos
ligaçãomecânica
armaduralongitudinal
de flexão
fundaçãoexistente
superfícierugosa fundação
existente
micro-estacasde reforço
alargamento
estacas existentes
armaduralongitudinalde flexão
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas
CategoriaExistência de vigas ou de estruturas
independentes de transferência de cargasUtilização de
macacos hidráulicosA Não NãoB Sim NãoC Não SimD Sim Sim
Categorias de estruturas de transferência de carga (Jouko Lehtonen)
Em recalçamentos os sistemas de transferência de carga podem ser divididos emdois grandes grupos:
(i) os que resultam em assentamentos da estrutura após a conclusão dorecalçamento, devido à compressão elástica das micro-estacas;
(ii) os que não provocam assentamentos após a construção.
Podem ser definidas quatro grandes categorias tendo em conta os seguintesfatores: solicitação a transferir (compressão, tração); utilização de estruturas detransferência independentes da estrutura; e eventual utilização de macacoshidráulicos ou de pré-carga.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas: CASO 1
Super-estrutura 1
1
68
ASituação Inicial
CSituação Final
Solo 8
Novas micro-estacas 6
Estacas existentes 7
Compressão
Compressão
Compressão
Compressão
CASO 1
CATEGORIA A: Neste caso as micro-estacas são instaladas diretamente através
da fundação existente e a transferência de carga é feita por aderência nas
interfaces aço / calda e calda / fundação.
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas: CASO 2
CASO 2
Super-estrutura 1
1
8
ASituação Inicial
CSituação Final
Solo 8
Compressão
Compressão
Compressão
Compressão
6
2 Novas micro-estacas 6
Estacas existentes 7
Estrutura detransferência de carga 2
Compressão
CATEGORIA B: Neste caso, a carga é transferida da estrutura para as novas
micro-estacas através de uma viga metálica independente sem utilização de
macacos hidráulicos.
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas: CASO 10
Super-estrutura 1
ASituação Inicial
CSituação Final
Solo 8
Compressão
Compressão
Novas micro-estacas 6
Estacas existentes 7
Estrutura detransferência de carga 2
Estrutura detransferência de carga 4
BPré-carga
Compressão
Macaco hidráulico 3
Compressão
Tração
Compressão
Compressão
1
6
2
4
3
8
Compressão
Tração
Compressão
Compressão
CASO 10
CATEGORIA C: Neste caso são utilizados macacos hidráulicos para transferir as cargas daestrutura para as micro-estacas, o que permite aplicar uma carga superior à carga de serviço(pré-carga), evitando desta forma a deformação elástica destes elementos após a construçãoe, consequentemente, os assentamentos
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas: CASO 3
Super-estrutura 1
1
8
ASituação Inicial
CSituação Final
Solo 8
Compressão
Compressão
Compressão6
2Novas micro-estacas 6
Estacas existentes 7
Estrutura detransferência de carga 23
Macaco hidráulico 3
BPré-carga
Compressão
Compressão
Compressão
Compressão
Compressão
CASO 3
CATEGORIA D: Neste caso é utilizado um macaco hidráulico para transferir as
cargas da estrutura para as micro-estacas, através de uma viga metálica.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas- Exemplos de aplicação
CASO 2 Fundação acessível dos dois lados
CASO 2 Fundação acessível só de um lado
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas- Exemplos de aplicação
Fundação acessível dos dois lados Fundação acessível só de um lado
CP
T
a b
; 1P a a
T C Pb b
⋅⋅⋅⋅ = = ⋅ += = ⋅ += = ⋅ += = ⋅ +
CP
C
2
PC ====
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas- Exemplos de aplicação
b) CASO 10 b) CASO 3
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4. Reforço de fundações com micro -estacas4.6 Metodologia para dimensionamento
Etapa 1Avaliação da aplicabilidade do uso demicro-estacas
Etapa 5
1) Compressão
Etapa 2Informação disponível sobre o projeto e condições geotécnicas da obra 2) Tração
Etapa 3 Definição das combinações de ações aplicáveis 3) Flexão composta
Etapa 4
Pré-dimensionamento da solução 4) Resistência lateral
A. Espaçamento das micro-estacas C. Ligação das micro-estacas à fundação existente
B. Comprimento das micro-estacas 1) Estruturas novas
C. Secção transversal 2) Estruturas existentes
D. Sistemas de injeção D. Estados limite de serviço
Etapa 5
Dimensionamento da solução 1) Assentamento axial
A. Estado limite último de capacidade de carga do terreno 2) Movimentos laterais
1) Comprimento de selagem E. Proteção contra corrosão
2) Resistência de ponta F. Considerações sísmicas
3) Efeito de grupo para carregamentos axiais Etapa 6 Programa de ensaios e de monotorização
B. Estados limite últimos de resistência estrutural Etapa 7 Pormenorização e especificações de construção
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ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro-estacas
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.1 IntroduçãoUm dos aspetos mais importantes quando se procede ao reforço e recalçamento
de fundações com micro-estacas é a sua ligação à estrutura e a forma como se
processa a transferência de carga da estrutura existente para os novos elementos
da fundação. Existem diversos tipos de ligação de micro-estacas à estrutura ,
dependendo a sua escolha dos seguintes fatores:
• Tipo de estrutura;
• Tipo de obra: fundações de estruturas novas ou recalçamento de estruturas
existentes;
• Tipo de solicitação;
• Capacidade de carga pretendida para a ligação;
• Tipo de armadura utilizada;
• Estado da fundação a reforçar e pormenorização das armaduras.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.1 Introdução
Tipos de ligação :
a) Ligação direta das micro-estacas à estrutura através da selagem
destes elementos em furos previamente executados na fundação
existente;
b) Ligação das micro-estacas através da execução de novos
elementos de betão armado ligados à fundação existente;
c) Ligação das micro-estacas através de braçadeiras ligadas à
estrutura existente;
d) Ligação das micro-estacas a estruturas de reação que transferem
as cargas da estrutura para os novos elementos de fundação.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.2 Tipos de ligaçãoa) Ligações seladas
Ligação direta das micro-
estacas à estrutura através
da selagem destes
elementos, em furos
previamente executados na
fundação existente, com
calda de cimento não
retrátil;
fund
ação
exi
sten
te
micro-estaca
furocalda
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.2 Tipos de ligaçõesa) Ligações em zonas de alargamento
chapa
varão
tubofund
ação
exi
sten
te
porca
alargamento da fundação
conetores
calda
Execução das micro-estacas
nas zonas de alargamento
com betonagem de novos
elementos de betão ligados à
fundação existente com
conetores metálicos ou com
aplicação de pré-esforço
lateral;
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
64/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação micro -estaca / estrutura4.2 Tipos de ligações
micro-estacas
fund
ação
exi
sten
te
braçadeira
fund
ação
exi
sten
tebraçadeira
vigas dereação
micro-estacas
fundaçãoexistente
c) Ligação com braçadeiras d) Ligação com vigas de reação
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas- Mecanismo de transferência de cargasNo reforço de fundações as micro-estacas podem ser instaladas em zonas
de alargamento, dependendo a transferência de cargas do tipo de
amarração.
alargamentoda fundação
fundação existente
conetores
micro-estacas
varões depré-esforço
conetores
varões depré-esforço
alargamentoda fundação
micro-estacas
conetoresconetores
fundação existente
a) Ligação com amarração reta b) Ligação com placa de ancoragem
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
66/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação micro -estaca / estrutura4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com varões
porca
chapacontraporca
lb
fund
ação
exi
sten
tevarão
conetores
fund
ação
exi
sten
te
porca
porca lb
chapa
varãofu
ndaç
ão e
xist
enteporca
contraporca
porca
chapa
varão
varão
lb1
lb2
fund
ação
exi
sten
te
lb
chapa
porca
contraporca
varão
fund
ação
exi
sten
te
lb
chapa
ligaçãosoldada
varão
fund
ação
exi
sten
te
contraporca
porcachapa
lb
varão
conetores
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação micro -estaca / estrutura4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com varões
porcacom flange
contraporca
fund
ação
exi
sten
te
2)
Lb
varão
conectores
fund
ação
exi
sten
te porca comflange
contraporca
Lb
varão
conectores
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com varões
Nas zonas comprimidas na vizinhança dos dispositivos de ancoragem
deve ser colocada uma armadura em espiral de modo a confinar
convenientemente o betão nesta zona.
Soluções comerciais da Dywidag-systems
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
69/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação micro -estaca / estrutura4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com tubos
fund
ação
exi
sten
te
lb
tubo
anéissoldados
Nas ligações diretas com armaduras tubulares é usual utilizar
micro-estacas com superfície texturada, conseguida através da soldadura
de anéis ou de cintas helicoidais.
fund
ação
exi
sten
te
lb
chapa dereforço
chapa
tubo
soldadura
varão
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
70/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligação micro -estaca / estrutura5.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com tubos
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
71/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligação Micro -estaca / Estrutura5.3 Ligação a estruturas novas- Considerações para dimensionamento
Forças atuantes VerificaçõesDimensões
determinadas
Forças verticais
Compressão
Esmagamento do betão na zona superior da chapa de
ancoragem
Dimensões em planta do prato de ancoragem
(a × b)
Verificação do punçoamento Altura hc
Tração
Tensão no betão na zona superior do parto de ancoragem
Dimensões em planta do prato de ancoragem
(a × b)
Verificação do punçoamentoComprimento de amarração (lb)
Força horizontal(micro-estaca perto dos limites da
fundação)
Verificação do punçoamento nos lados da fundação
Distância h´
Força horizontal e momentoEsmagamento do betão no comprimento de amarração
Comprimento de amarração (lb)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação micro -estaca / estrutura4.3 Ligação a estruturas novas- Considerações para dimensionamento: Verificações
a) E.L.U. de Punçoamento para forças de compressão
d
d
σcv hc
superfíciede rotura
a × b
t
P
dt
θ
Pdd lb
superfíciede rotura
a × b
dtθ
b) E.L.U de Punçoamento paraforças de tração
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação micro -estaca / estrutura4.3 Ligação a estruturas novas- Considerações para dimensionamento: Verificações
( )1/30,12 100Ed l ckV k f u dρ ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Esmagamento do betão: definir A p
Punçoamento: definir h c
dc
p
P
Aσ =
Espessura do prato tp
2
2c
Ed
rM
σ ⋅⋅⋅⋅====Pd
c
r
tp
c nomh d c= += += += +
1 / 3d Rdu cd p p cd pP F f A A A f Aν≤ = ⋅ ⋅ ≤ ⋅ ⋅ ⋅
bp
b ≤ 3b1
Ap
A1
p
hc ≥ b - bp1
hc
, /Ed c Rd y p MM M f w γ≤ = ⋅
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
74/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas- Considerações para dimensionamento: Verificações
c) Verificação do esmagamento do betão devido à ação horizontal
dtH lbσch
H
superfície de rotura
lbh´ dt
d) Verificação ao E.L. Último de Punçoamento devido à ação horizontal
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
75/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Soluções de Reforço4.3 Ligação a estruturas novas: Dimensionamento- Verificação da tensão tangencial nas juntas de bet onagem
• dimensionamento de conectores
Eurocódigo 2 (2010)- cláusula 6.2.5
( ), cos 0.5Rd i ctd n yd cdv c f f sen fµ σ ρ µ α α ν= ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ≤ ⋅ ⋅
s
w
τσ
στ
σs
σs
Coesão Atrito Dowelaction
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
76/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas- Exemplo de Dimensionamento ( Ischebeck TITAN )
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
77/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas: Dimensionamento
Ischebeck TITAN
• TITAN 40/16
• Betão C30/37
• Adist=10 cm2/m
• Força de tração de
400 kN
• prato de
ancoragem
200×200×30 mm3
lb=40 cm
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
78/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas- Questões na utilização de chapas de ancoragem
Desvantagens:
� Aumento do custo;
� Dificuldades de assegurar uma betonagem eficiente abaixo da chapa;
� Dificuldades de assegurar aderência perfeita entre a chapa e calda da
micro-estaca;
� Superfícies lisas na interface mais propicias à propagação de
fendilhação;
� Utilização de modelos de escoras e tirantes?
P
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
79/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.3 Ligação a estruturas novas: Dimensionamento- Chapas de ancoragem (Nadir Ansari, IWM 2005)
b) Modos de rotura
c) Padrão de fendilhaçãoa) Esquema de ensaiod) Trajetória das escoras
e) Tensões no betão (σmáx≈136 MPa)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
80/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Tipos de ligação
fundaçãoexistente
anéismetálicos
cintashelicoidais
superfícieindentada
superfícielisa
varãonervurado
tubo
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
81/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Processo de execução
armadura
furocalda
Fase I: Execução etratamento do furo
fund
ação
exi
sten
te
Fase II: Execuçãoda micro-estaca
Fase III: Limpezado furo e selagem
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
82/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Textura da superfície do furo
a) Superfície lisa - carotagem
Após a carotagem a aderência
na interface calda / betão pode
ser melhorada:
� Execução de dentes na
superfície do furo;
� tratamentos com jato de areia
ou de água para aumentar a
rugosidade da superfície.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
83/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Textura da superfície do furo
32
dentes
20
hd
bd
micro-estaca
superfícieindentada
(unidades em mm)
b) Superfície indentada Geometria dos dentes
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
84/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Textura da superfície do furo
c) Superfície rugosa - percussão
A execução do furo com
percussão garante uma
superfície mais rugosa e a
consequente aumento da
aderência nesta interface mas
apresenta uma grande
desvantagem por causa da
vibração induzida na estrutura e
nas próprias fundações.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
85/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Textura da superfície do furo
a) Carotagem com coroa diamantada b) Carotagem por percussão
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Textura da superfície do tubo
a) Anéis soldados b) Cordões de solda
A utilização de tubos texturados aumenta a aderência na interface aço / calda.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Textura da superfície do tubo
c) Cintas helicoidais
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Caldas de selagem
Método de EnsaioImediatamente após a
amassadura
30 min após a amassadura (1) ou no fim do período
especificado pelo produtor
Fluidez
(NP EN 445, 2008)
Tempo (s) t0 ≤ 25 s1.2 t0 ≤ t30 ≤ 0.8 t0 e
t30 ≤ 25 sa= espalhamento
médio (mm)a0 ≥ 140 mm
1.2 a0 ≤ a30 ≤ 0.8 a0 et30 ≥ 140 s
(1) A duração da amassadura deve ser medida a partir do momento em que todos os materiais se encontram na misturadora
Exsudação
(NP EN 445, 2008)
Método da mecha≤ 0.3 % do volume inicial da calda ao fim de 3 h
Método do tubo
Variação de volume
(NP EN 445, 2008)Método da mecha -1 % ≤ ∆V ≤ + 5 %
Resistência à compressão
(NP EN 196-1, 2006) fc,g ≥ 30 MPa aos 28 dias ou fc,g ≥ 27 MPa aos 7 dias
Fim do tempo de presa
(NP EN 196-3, 2006)Início do tempode presa ≥ 3 h
Fim do tempode presa ≤ 24 h
Massa volúmica (NP EN 445, 2008)Relação entre a massa e o volume medidos
no estado liquido
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Caldas de selagem
Referência a / cfc,g
(MPa)ft,g
(MPa)Eg
(GPa)νg
Coesão,c (MPa)
Ângulo de atrito (º)
τg(MPa)
pico res. pico res. pico res.
(Hyett et al., 1992)0.32 68 4.7 16.5 0.19 27.0 41 18.91 3.070.41 - - - 0.19 - - 22.6 40.8 15.55 2.390.51 - - - 0.19 - - 20.2 26.9 11.52 6.34
(Hyett et al., 1995)0.30 79 18.6 0.20 - - 27 - 18.9 -0.40 58 12.1 0.20 - - 22 - 15.5 -0.50 45 9.3 0.20 - - 20 - 11.5 -
(Benmokrane et al., 1995)0.45 52.6 3.8 15.3 0.14 - - - - - -0.60 34.6 3.4 8.8 - - - - - - -
(Barley, 1997) 0.4549.5-67.8
12.9-19.9
(Zhang et al., 2000) 0.40 62.6 3.3 17.4 0.11 - - - - - -
(Kılıc et al., 2002)0.34 42 (1) 9.3 11.9(1)
0.40 32 (1) 7.3 10.3(1)
(Moosavi e Bawden, 2003)0.40 50.6 - 15.3 5.6 22.3 28.3 - -0.50 40.3 - 11.2 2.0 22.8 32.4 - -
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligação micro -estaca / estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Mecanismo de transferência de carga
a) Tubos lisos
A transferência de carga da estrutura
para a fundação é realizada por
aderência nas interfaces aço / calda
e calda / betão e por resistência na
cabeça da micro-estaca. A
resistência na cabeça da
micro-estaca pode ser correntemente
desprezada devido ao pequeno
diâmetro destes elementos.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligação micro -estaca / estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Mecanismo de transferência de carga
b) Tubos texturados
Para ligações com tubos texturados
com anéis metálicos soldados, a
ligação é controlada pela resistência
ao esmagamento das escoras que se
formam na calda devido à interação
mecânica dos anéis, pela aderência
na interface calda / betão e pela
resistência ao corte do betão da
fundação existente.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Comportamento geral da ligação
a) Ligação com tubos liso b) Ligação com tubo Textur ado1 in = 25,4 mm; 100 psi = 0,69 MPa 1 in = 25,4 mm; 100 psi = 0,69 MPa
[Trabalho realizado por Gómez et al (2005)]
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Ensaios realizados
Autores
(Ano)Modelos
EnsaiosMicro-estaca(armadura)
FuroTensão deaderência
Tipo
nº Tipodm
(mm)Superfície
Df
(mm)
lb(mm)
fb(MPa)
Al Sehn(Hayward Baker)
(1998)
Blocos de betão
C --Varão
nervurado35 Indentada (3) 203 635 3.29-3.51(5)
Blocos de betão
C 2 Tubo liso 139.7 Indentada (3) 165 6352.41-5.51
Blocos de betão
C 2 Tubo liso 139.7 Indentada (3) 203 635
Timothy Myers
(Layne Geo Const.) (2004)
Blocos de betão
armado
T 1Tubo
texturado+(varão)
117.8(--)
Rugosa (4)
254 6102.37 (5)
2.97 (6)
T 1Tubo
texturado+ (varão)
117.8(--)
254 12203.21 (5)
4.01 (6)
Tom Richards(NicholsenConst.)
(2004)
Fundação existente
T1 Varão
oco(2) 103Indentada (3) 203 559 4.29 (5)
1 Lisa 203 508 4.14 (5)
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4. Ligação Micro -estaca / Estrutura4.4 Ligação a estruturas existentesa) Ligações seladas: Tensão de aderência
ReferênciaTensão de aderência
(MPa)Observações
(Mazo, 2003) 3.0 – 6.0 (∼ 0.2 fc) (1) Valores na interface calda / betão
(Cadden et al., 2004)
0.7 a 1.4 Para superfícies do furo lisas
> 2.1
Quando se utiliza furos de superfícies indentadas ou
micro-estacas texturadas com anéis soldados
(Alcudia, 2005) 1.7 a 3.3 [(0.9/1.6)*(fck/1.5)0.5] (2)
(1) fc - Valor nominal da tensão de rotura do betão à compressão;(2) fck - Valor característicoda tensão de rotura do betão à compressão
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5. Ligação micro -estaca / estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesb) Ligações com braçadeirasNeste sistema de recalçamento, as micro-estacas são instal adas junto à
estrutura existente e ligadas a esta por braçadeiras.
Braçadeira plana
Braçadeira em L
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5. Ligação Micro -estaca / Estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesb) Ligações com braçadeiras: Tipos de braçadeiras correntes
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5. Ligação Micro -estaca / Estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesb) Ligações com braçadeiras: Braçadeiras correntes
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligação Micro -estaca / Estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesb) Ligações com braçadeiras:
- Considerações para dimensionamento
� Colocação da micro-estaca o mais próximo possível da fundação
existente de modo a minimizar a excentricidade;
� A capacidade da ligação depende da:
� resistência do betão da fundação existente
� da resistência da braçadeira
� resistência da estaca.
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5. Ligação Micro -estaca / Estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesb) Ligações com braçadeiras: Transferência de cargas
b) Braçadeira em La) Braçadeira plana
A – Chapa verticalB – Manga ou braçadeirasC – Chapa de apoioP1 – Carga axial aplicadaL2 – Carga horizontal
aplicadaP2 – Carga transmitida à
micro-estacaL1 – Ação horizontal sobre
a ligaçãoM1 – Momento resistente da
ligaçãoM2 – Momento resistente da
estaca devido á reaçãolateral do solo
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5. Ligação Micro -estaca / Estrutura5.4 Ligação a estruturas existentesb) Ligações com braçadeiras: Transferência de cargas
- Momentos
0 10
1 2E
R
M P eM M
M M M
= ⋅= ⋅= ⋅= ⋅≤ →≤ →≤ →≤ → = += += += +
1 20HF L L= → == → == → == → =∑∑∑∑
Equações de Equilíbrio
- Vertical e horizontal
1 20VF P P= → == → == → == → =∑∑∑∑
Compatibilidade
1 2θ θ====
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2ª SESSÃO
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro-estacas
4. Ligação Micro-estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
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103/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.1 IntroduçãoSão vários os parâmetros que influenciam a capacidade da ligação de
micro-estacas de reforço seladas em fundações existentes:
• Materiais da fundação existente: resistência do betão, percentagem
de armadura e pormenorização;
• Materiais utilizados: calda e armadura da micro-estaca;
• Diâmetro do furo (Df);
• Comprimento de selagem (Lb);
• Rugosidade da superfície do furo;
• Textura da superfície da armadura da micro-estaca;
• Confinamento lateral ativo e passivo.
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104/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.1 Introdução
OBJECTIVOS
1. Avaliar a influência dos seguintes parâmetros na capacidade da
ligação, de ligações seladas utilizando micro-estacas de tubos lisos e
tubos texturados:
• Diâmetro do furo executado na fundação (diâmetro da calda);
• Comprimento de selagem da micro-estaca;
• Rugosidade da superfície do furo;
• Textura da micro-estaca (lisa e texturada);
• Confinamento ativo e passivo.
2. Propor expressões e recomendações para dimensionamento neste
tipo de ligações.
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalO programa experimental foi desenvolvido em três fases, tendo sido
realizados um total de noventa e nove (99) ensaios.
• Fase I - realização de trinta e oito (38) ensaios à compressão em micro-
estacas seladas em tubos de PVC e em tubos de aço.
• Fase II - realização de trinta e três (33) ensaios à compressão em
micro-estacas seladas em furos previamente executados em blocos de
betão armado com dimensões 450×450×500 mm3.
• Fase III consistiu na realização de vinte e oito (28) ensaios à tração em
micro-estacas seladas em furos previamente executados em blocos de
betão com dimensões 450×450×500 mm3.
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106/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalb) Modelos utilizados: FASE I
micro-estaca
lb
Dc
calda
50 60
tubo(PVC)
colarmetálico
dt
dt,c
(unidades em mm)
e t,c
e(6.0)
t,m
. 81 mm
. 101 mm
. 119 mm
Dc
. 200 mm
. 275 mm
. 350 mm
l b
chapa(150×150×20)
. 4.5 mm
. 4.5 mm
. 10.5 mme t,c
lb
Dc
calda
50 60
tubo(aço)
dt
dt,c
(unidades em mm)
Colar
chapa(150×150×20)
. 80 mm
. 100 mm
. 120 mm
Dc
. 200 mm
. 275 mm
. 350 mm
l b
. 5.0 mm
. 5.0 mm
. 5.0 mme t,c
micro-estaca
e(6.0)
t,m
e t,c
a) Confinamento com tubos de PVC b) Confinamento com tubos de Aço
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107/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalb) Modelos utilizados: FASE II
fD
tD =60; e =6.0t
450×450 (unidades em mm)
furo
tubo
armadura# φ8//75
calda
chapa(150×150×20)
150
poliestirenoexturdido
varão (φ16)
500
varãoDywidag φ=16
225 225
450
225
225
450
100
250
100
chapas(100×100×10)
Planta
Pe
Pe
Pe
Pe
5015
0
100
100
450×450
• Três diâmetros do furo: Df,1=82/92 mm; Df,2=102 mm; Df,3=122 mm;
• Três comprimentos de selagem: lb1=200 mm; lb2=275 mm; lb3=350 mm;
• Três rugosidades da superfície do furo: lisa; rugosa; indentada;
• Dois tipos de micro-estacas: tubos lisos; tubos texturados;
• Três níveis de confinamento ativo (N1:Pe,total=240 kN; N2:Pe,total=360 kN; N3:Pe,total=480 kN.
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalb) Modelos utilizados: Fase III
225
225
450
100
250
100
Plantachapas(100×100×10)
Pe
Pe
Pe
Pe50
150 10
015
0
2 chapas(150×150×20)
chapa de reforço(e=8mm)
varão Dywidag225 225
450450×450(unidades em mm)
varõesDywidag
16 mm
22
132.5 185 132.5varões dereforço
(φ16)
125
furocalda
varão(φ16)
tD =60; e =5.5t
450×450
500
Df
chapa(150×150×20)
tubo
300
• Três diâmetros do furo: Df,1=82/92 mm; Df,2=102 mm; Df,3=122 mm;
• Três comprimentos de selagem: lb1=200 mm; lb2=275 mm; lb3=350 mm;
• Três rugosidades da superfície do furo: lisa; rugosa; indentada;
• Dois tipos de micro-estacas: tubos lisos; tubos texturados;
• Três níveis de confinamento ativo (N1:Pe,total=240 kN; N2:Pe,total=360 kN; N3:Pe,total=480 kN.
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalc) Materiais: Calda de selagem
EnsaiosRelação
a / c
Massa Volúmica
(kg/l)
Teor em ar
(%)
Fluidez(s)
∆∆∆∆V(%)
Exsudação(%)
fcg,28d
(MPa)Eg,28d
(GPa)
0.40 1.92 2.0 11 0.0 0.53 / 0.45 61.1 14.0
1 3
5
6
3
4
7
1. Fluidez2. Variação de vol.3. Exsudação4. Massa volúmica5. Teor em ar6. Res. à flexão7. Res. à compressão8. Módulo de elasticidade2
8
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalc) Materiais - Armaduras
Tubos•API N80:
˗ dt=60 mm
˗ et=6.0 mm
˗ fy/fu=760/860 MPa
•API J55-K55 :
˗ dt=60 mm
˗ et=5.5 mm
˗ fy/fu=655/735 MPa
Varões•Dywidag:
˗ φ=16 mm
˗ 500/550API J55-K55
API N80
Ensaios de tração dos tubos: curva σσσσ- εεεε
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalc) Materiais - Armaduras
Micro-estacas de tubos lisos Micro-estacas de tubos texturados
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentald) Esquema de ensaios
LVDT(25 mm)
LVDT(25 mm)
célula decarga (50 tf)
LVDT(25 mm)
LVDT(25 mm)
célula decarga (100 tf)
célula decarga (10 tf)
poliestirenoextrudido
FASE I FASE II
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentald) Esquema de ensaios
célula 9
75
150
LVDT 1
240
240
1270
PERFIL
150
75LVDT 25
PLANTA
LVDT 2
UPE 180célula 1 célula 2
célula 3
célula 4
1240
laje de piso
180
célula 51 1
2
2
Pormenor 1 Pormenor 2
IPE 300
1000
240
LVDT 6
LVDT 5célula 6
célula 7
célula 8
1000
180
125
2080
300
FASE III
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentale) Preparação dos provetes: FASE I
a) Marcação da cofragem
b) Colagem dasmicro-estacas e dos tubos
de confinamento
c) Selagem das micro-estacas
d) Provetes prontos
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
115/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentale) Preparação dos provetes e blocos de ensaio: FASE II e III
a) Montagem das cofragens b) Colocação da armadura dos blocos (Fase II)
c) Betonagem dos Blocos e provetes
d) Carotagem e) Tratamento dos furos (denteação)
f) Furo com superfície indentada
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
116/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentale) Preparação dos provetes e blocos de ensaio: FASE II e III
g) Colocação dasmicro-estacas nos furos
h) Selagem dasmicro-estacas
i) Modelos concluídos (Fase II)
j) Modelos concluídos (Fase III)
k) Abertura de furos e colocaçãodos varões de confinamento
l) Blocos confinados com pré-esforço lateral (ativo)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
117/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalf) Procedimento dos ensaios: FASE I
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
118/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalf) Procedimento dos ensaios: FASE II
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
119/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalf) Procedimento dos ensaios: FASE III
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.2 Programa experimentalg) Instrumentação
20
5017
5
350 30
033
0
(em mm)
ext. horizontal
ext. vertical
superfíciedo bloco
sh
102
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Resumo dos resultados: FASE I
EnsaioDc
(mm)lb
(mm)Pmáx(kN)
Pr(kN)
fbu(MPa)
δδδδPmáx(mm)
K0(kN/mm)
KPmáx(kN/mm)
δδδδy(mm) µµµµδδδδ
PCC-PVC-1,2 81 200 25.2 13.3 0.67 0.545 95.1 46.1 0.264 2.06PCC-PVC-3,4 81 275 29.8 19.9 0.57 0.265 119.3 114.0 0.251 1.05PCC-PVC-5,6 81 350 45.8 26.2 0.69 0.845 96.0 57.0 0.476 1.78PCC-PVC-7,8 101 200 40.3 20.3 1.07 0.312 129.1 129.1 0.312 1.00PCC-PVC-9,10 101 275 46.5 18.8 0.90 0.361 128.5 128.5 0.361 1.00PCC-PVC-11,12 101 350 70.5 33.8 1.07 0.495 142.2 142.2 0.495 1.00PCC-PVC-13,14 119 200 45.4 25.2 1.20 0.330 150.1 110.4 0.308 1.09PCC-PVC-15,16 119 275 69.6 39.5 1.34 0.454 153.2 94.6 0.453 1.00PCC-PVC-17,18 119 350 91.8 43.9 1.39 0.583 174.1 162.1 0.527 1.10
PCC-Aço-1,2 80 200 199.1 97.1 5.28 1.045 290.9 191.8 0.681 1.54PCC-Aço-3,4 80 275 317.5 167.0 6.12 1.197 324.4 266.3 0.910 1.31PCC-Aço-5,6 80 350 396.3 244.3 6.01 1.749 320.3 228.0 1.238 1.41PCC-Aço-7,8 100 200 160.7 71.9 4.26 0.936 281.1 172.8 0.573 1.64PCC-Aço-9,10 100 275 244.9 133.6 4.72 1.068 340.1 229.8 0.721 1.48PCC-Aço-11,12 100 350 345.4 169.6 5.23 1.379 358.3 250.8 0.964 1.43PCC-Aço-13,14 120 200 99.6 59.2 2.64 1.171 137.7 87.4 0.728 1.60PCC-Aço-15,16 120 275 151.4 85.8 2.92 1.165 206.6 133.1 0.730 1.61PCC-Aço-17,18 120 350 245.5 115.4 3.72 1.301 259.9 189.4 0.943 1.38
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
122/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressãob) Resumo dos resultados: FASE II
EnsaioSuperfície
do furoDf
(mm)lb
(mm)Pmáx(kN)
Pr(kN)
fbu(MPa)
δδδδPmáx(mm)
K0(kN/mm)
KPmáx(kN/mm)
δδδδy(mm) µµµµδδδδ
NC(kN)
BC-TL-1*,2 Rugosa 102 200 281.3 160.5 7.46 0.678 586.8 415.0 0.479 1.41 --
BC-TL-3*,4 Rugosa 102 275 402.2 276.8 7.76 1.668 664.2 241.1 0.606 2.76 --
BC-TL-5,6 Rugosa 102 350 485.5 220.4 7.36 1.027 659.3 474.6 0.737 1.39 --
BC-TL-7,8 Rugosa 82 350 549.8 278.1 8.33 1.290 891.9 448.3 0.640 2.00 --
BC-TL-9,10 Rugosa 122 350 410.9 182.1 6.23 1.171 746.7 351.5 0.553 2.15 --
BC-TL-11,12 Lisa 102 350 475.9 224.9 7.21 1.140 656.9 431.2 0.726 1.56 --
BC-TL-13,14 Indentada 102 350 502.2 214.6 7.61 0.971 717.5 489.0 0.699 1.39 --
BC-TT-1,2 Rugosa 102 200 301.8 266.8 4.71 13.550 275.0 22.4 1.090 12.43 240
BC-TT-3,4 Rugosa 102 275 486.3 421.7 5.52 8.382 774.9 67.5 0.661 12.69 240
BC-TT-5,6 Rugosa 102 350 802.6 334.8 7.16 1.325 1482.2 613.1 0.550 2.41 240
BC-TT-7,8 Rugosa 92 350 864.6 431.5 8.55 2.540 1548.5 498.6 0.559 4.54 240
BC-TT-9,10 Rugosa 122 350 638.4 495.5 4.76 4.611 1129.7 458.2 0.571 8.07 240
BC-TT-11**,12** Indentada 102 350 842.1 175.5 10.79 1.152 1074.7 780.6 0.784 1.47 0
BC-TT-13***,14 Indentada 102 350 980.5 565.9 12.56 1.578 1529.4 373.9 0.623 2.53 240
BC-TT-15,16 Indentada 102 350 1040.4 585.0 13.33 4.535 1544.2 232.4 0.674 6.73 360
BC-TT-17,18 Indentada 102 350 1097.6 697.6 14.06 5.661 1611.5 221.1 0.683 8.29 480
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Modos de rotura: Tubos lisos
Rotura por aderência na interface aço / calda
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
124/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Modos de rotura: Tubos texturados
1. Rotura da aderência (Parede do furo rugosa e
blocos confinados)
2. Rotura monolítica(Furo denteado e blocos
não confinados )
3. Rotura mista (Furo denteado e blocos
confinados)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Modos de rotura: Tubos texturados
Blocos confinados como Nível 1: P e,total =240 kN
Blocos confinados como Nível 2: P e,total =360 kN
Blocos confinados como Nível 3: P e,total =480 kN
Para o Nível 3 de confinamento, observa-se que a superfície d e corte é próxima
da vertical, indiciando uma mudança do modo de rotura por fen dilhação para
uma rotura por arrancamento para níveis superiores de confi namento.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
126/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Curvas carga / deslocamento: FASE I
FASE I: Tubo de PVC FASE I: Tubo de aço
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
127/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Curvas carga / deslocamento: FASE II
Tubos lisos Tubos texturados
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
128/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Comportamento geral da ligação: Tubos lisos
b) Mecanismos de aderênciaa) Comparação da resposta para vários níveis de confinamento
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Parâmetros avaliados: Tubos lisos
b) Diâmetro da calda / tensão de rotura da aderência
a) Confinamento / tensão de rotura da aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Parâmetros avaliados: Tubos lisos
d) Rugosidade da superfície do furo / tensão de rotura da aderência
c) Comprimento de selagem / tensãode rotura da aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
131/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Comportamento geral da ligação: Tubos Texturados
a) Superfície do furo rugosa b) Superfície do furo denteada
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
132/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Comportamento geral da ligação: Tubos Texturados
Pe trações
compressãoradial
Pe
Pe Pe
Pe Pe
Pe Pe
fendilhaçãoradial no
betão
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Comportamento geral da ligação: Tubos Texturados
c) Força nos varões de confinamento d) Mecanismos de aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
134/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Parâmetros avaliados: Tubos texturados
b) Comprimento de selagem / tensão de rotura da aderência
a) Diâmetro do furo / tensão de rotura da aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Parâmetros avaliados: Tubos texturados
c) Confinamento lateral ativo / tensãode rotura da aderência
d) Rugosidade da superfície do furo / tensão de rotura da aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
136/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.3 Resultados dos ensaios de compressão- Parâmetros avaliados: Tubos texturados
d) Rugosidade da superfície do furo / tensão de rotura da aderência
e) Textura da micro-estaca
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
137/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Modos de rotura
b) Rotura mista nos blocos não confinados verticalmente
a) Rotura por punçoamento nos blocos não confinados verticalmente
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Modos de rotura
150
Pe Pe
102
102 300
Pe Pe
Pe Pe
102
300
Pe Pe
Pe Pe
potenciaissuperfíciesde rotura65
120
a) Rotura porpunçoamento
b) Rotura mista c) Rotura mista(superfície indentada) (superfície rugosa)
50
120
60
4
3
2
1
Verificou-se que os modos de rotura observados foram condicionados pelo
esquema de ensaio adotado
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
139/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Modos de rotura
escoras
pré-esforçolongitudinal
pré-esforçotransversal
P
ea
Paescora
Pg
P - componente de atrito; P - resistência da escora à ação dos anéisP - força de confinamento; e - espessura anelarσ - tensão de tração da calda; τ - tensão de corte da calda
Pg
Pa
a g
a
σ
τστg
gt,g
t,g
t,g g
e
Pe
e
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
140/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Resumo dos resultados
EnsaioSuperfície
do furoDf
(mm)lb*
(mm)Pmáx(kN)
Pr(kN)
fbu(MPa)
δδδδPmáx(mm)
K0(kN/mm)
KPmáx(kN/mm)
δδδδy(mm) µµµµδδδδ
NC(kN)
BT-TL-1,2 Lisa 102 145 52.2 36.2 1.91 0.410 185.4 130.0 0.282 1.46 --
BT-TL-3,4 Lisa 102 215 68.5 45.9 1.69 0.477 147.9 144.8 0.463 1.03 --
BT-TL-5,6 Lisa 102 280 85.9 66.5 1.60 0.739 157.8 121.5 0.544 1.36 --
BT-TL-7,8 Lisa 92 285 90.5 57.9 1.66 0.470 223.6 194.5 0.405 1.16 --
BT-TL-9,10 Lisa 122 280 76.2 55.4 1.44 0.504 158.0 152.4 0.482 1.04 --
BT-TT-1,2 (1) Indentada 102 145 131.5* -- 2.83 1.003 135.1 131.2 0.973 1.03 120
BT-TT-3 (2),4 Indentada 102 220 441.1 -- 6.26 4.590 315.8 96.1 1.397 3.29 360
BT-TT-5 (3),6 Indentada 102 290 618.6 -- 6.66 3.613 349.8 171.2 1.769 1.56 360
BT-TT-7,8 Indentada 102 290 516.9 -- 5.56 2.560 315.5 201.8 1.638 1.56 240
BT-TT-9,10 Indentada 102 290 687.4 -- 7.40 3.812 354.7 189.6 1.938 1.97 480
BT-TT-11 (3),12 Rugosa 92 295 580.3 -- 6.81 3.350 402.9 189.0 1.440 2.33 360
BT-TT-13,14 Rugosa 102 290 580.1 -- 6.24 2.515 353.6 228.2 1.641 1.55 360
BT-TT-15,16 Rugosa 122 285 546.1 -- 5.00 2.666 309.2 216.3 1.766 1.49 360
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141/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Curvas carga / deslocamento
Tubos lisos Tubos texturados
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
142/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Comportamento geral da ligação: Tubos Texturados
a) Superfície do furo lisa e denteada
b) Curvas tempo / deslocamento
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5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Comportamento geral da ligação: Tubos Texturados
Força nos varões de confinamento
b) Superfície do furo indentadaa) Superfície do furo indentada
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
144/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Parâmetros avaliados: Tubos Texturados
a) Diâmetro do furo / tensão de aderência
b) Rugosidade da superfície do furo / tensão de aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.4 Resultados dos ensaios de tração- Parâmetros avaliados: Tubos Texturados
c) Confinamento lateral ativo / tensão de aderência
d) Textura da micro-estaca
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.5 Comparação ensaios compressão / tração - Tubos Texturados
b) Confinamento lateral ativo / tensão de aderência
a) Diâmetro do furo / tensão de aderência
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.5 Síntese de conclusões: Tubos Lisos1. O comportamento de ligações seladas com micro-estacas de tubos lisos depende
fundamentalmente do diâmetro do furo; do nível de confiname nto; da rugosidade do
tubo; da resistência da calda e da resistência do betão;
2. A capacidade da ligação é controlada pela aderência na int erface aço / calda,
inicialmente apenas dada pela contribuição da adesão e, pos teriormente pelo atrito
nesta interface, sendo este último proporcional ao confina mento;
3. A tensão de rotura da aderência aumenta linearmente com a d iminuição do diâmetro
do furo e com o aumento do comprimento de selagem;
4. São adequados comprimentos de selagem inferiores a 15 vez es o diâmetro do tubo
(lb / dt =15), valores que representam metade dos conduzidos pelos r egulamentos
atuais;
5. A capacidade da ligação e a tensão de rotura da aderência na interface aço / calda,
aumentam linearmente com o aumento da rigidez radial do conf inamento. Este
aumento é proporcional à classe de resistência do betão e da c alda.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
148/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.5 Síntese de conclusões: tubos texturados1. O comportamento das ligações seladas com micro-estacas t exturadas é
influenciado pelo diâmetro do furo; pelo número de anéis uti lizado; pela rugosidade
da superfície do furo; pelo nível confinamento; pela resist ência do betão; e pela
resistência da calda;
2. A capacidade da ligação é largamente superior à obtida com micro-estacas de tubos
lisos. Neste caso os mecanismos de aderência preponderante s são o atrito e a
interação mecânica dos anéis;
3. A rugosidade da superfície do furo condiciona os modos de r otura e a capacidade
da ligação
4. A tensão de rotura da aderência aumenta linearmente com a d iminuição do diâmetro
do furo e com o aumento do comprimento de selagem;
5. São adequados comprimentos de selagem inferiores a 10 vez es o diâmetro do tubo
(lb / dt =10);
6. O aumento do nível de confinamento garante um aumento da ca rga máxima, um
aumento da ductilidade pós-rotura e uma diminuição da fendi lhação dos blocos.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
149/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro-estacas
4. Ligação Micro-estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
150/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)5.1 Introdução
OBJECTIVOS
Avaliar a influência dos seguintes parâmetros na capacidade de ligações
seladas :
• Rugosidade da superfície do furo;
• Confinamento passivo.
O programa experimental foi desenvolvido em duas fases:
• Fase I - Estudo da calda de selagem com a realização de 5
composições com diferentes relações A/C (0.40;0.39;0.38;0.37;0.36).
• Fase II - Realização de vinte e seis (26) ensaios à compressão em
provetes cilíndricos com altura e diâmetro de 300 mm.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
151/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)6.2 Programa experimentala) Provetes: não confinados
Foram fabricados 3 provetes de cada tipo: Interface lisa (L); Interface rugosa (R);
Interface denteada em hélice (1,25 cm de altura e 1 cm de profundidade) (H);
Interface denteada com anéis (1,25 cm de altura e 1 cm de profundidade) (A)..
Superfície do rugosa Superfície do furo indentada
315
Superfície do furo lisa
114 75 114303 66315
300
Tubo PVCØ315
Chapade aço
Betão Calda
Varão Ø25
114 75 114303 66
300
Furo
114 75 114303 66315
300
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
152/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)6.2 Programa experimental- Provetes: com confinamento passivo
TuboPVC
Ø315
Chapade aço
VarãoØ6 Varão Ø6
EstribosØ6//0.15
Betão Calda
Varão Ø16
114 114303 66315
300
114 114303 66315
300
114 114303 66315
300
114 114303 66315
300
Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4
Foram fabricados 3 provetes de cada tipo: Nível 1 - 3 estribos (C3);
Nível 2 – 4 estribos (C4); Nível 3 – 5 estribos (C5); Nível 4 – 6 estribos (C6).
Em todos os provetes confinados a superfície do furo é indentada.
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
153/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)6.2 Programa experimentalb) Materiais
Calda de selagem :
� Relação a/c=0.36; Fluidez=15s;
� Teor em ar= 1.1 %
� fc,g=64,6 MPa (aos 14 dias);
� Eg=16,9 GPa
Betão (betão pronto):
� Classe C20/25;
� Classe de consistência S3
Armaduras:
� Aço A400NR;
� diâmetros de 6 mm; 25 mm
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
154/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)6.2 Programa experimentalc) Preparação dos provetes
Tubo com areia colada Tubo com anéis de poliestireno extrudido
Tubo com corda de nylon em hélice
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
155/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)6.2 Programa experimentalc) Preparação dos provetes
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
156/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)6.2 Programa experimentald) Esquema de ensaio e procedimentos
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
157/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 5 10 15
Car
ga (
kN)
Deslocamento (mm)
L-1 L-2
L-3 R-1
R-2 R-3
H-1 H-2
H-3 A-1
A-2 A-3
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 5 10 15C
arga
(kN
)
Deslocamento (mm)
C3-1 C3-2
C3-3 C4-1
C4-2 C4-3
C5-1 C5-2
C6-1 C6-2
C6-3
5.4 Resultados dos ensaios- Comportamento geral da ligação
a) Provetes não confinados b) Provetes confinados
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
158/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.4 Resultados dos ensaios
0
50
100
150
200
250
300
350
0 5 10 15
Car
ga (
kN)
Deslocamento (mm)
A-2 (sem confinamento transversal)
C3-2 (Confinamento transversal mínimo)
3.102.85
4.18 4.14
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Lisa Rugosa Indentada 1 Indentada 2Te
nsão
de
rotu
ra d
a ad
erên
cia,
fbu
(MP
a)Tratamento da Superfície do Furo
Comportamento geral da ligação Tratamento da superfí cie do furo
(provetes não confinados)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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5. Ligações Seladas (Investigação realizada)5.4 Resultados dos ensaios- Compressão transversal
Força transversal total
2t st stF A f= ⋅= ⋅= ⋅= ⋅
2 st stt
A fp
s dt
⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅
Ft
pt
Ftdt
Pressão transversal
C3(0.41;,4.25)
C4(0.61;4.88)
C5(0.82;5.17)
C6(1.02;5.41)
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Tens
ão d
e ro
tura
da
ader
ênci
a, f
bu(M
Pa)
Pressão Transversal, p t (MPa)
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
160/176Lisboa, 18,19 Novembro de 2013 João Veludo
ÍNDICE
1. Introdução
2. Soluções de Reforço
3. Reforço de Fundações com Micro-estacas
4. Ligação Micro-estaca / Estrutura
5. Ligações Seladas (Investigação realizada)
6. Ligações Seladas (Investigação em curso)
7. Dimensionamento de Ligações Seladas
Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.1 Materiais a utilizara) Caldas de cimento
Características das caldas a utilizar na selagem das micro-estacas
à fundação existente.
• Relação água / cimento: 0.36 a 0.40
• Fluidez: ≤ 25 s
• Exsudação: ≤ 0.3 %
• Variação de volume: ∆V ≥ 0 % (caldas expansivas)
• Resistência à compressão: ≥ 50 MPa
• Módulo de elasticidade (≥ 14 GPa), tempo de presa (3 h ≤ t ≤ 24h ) e
massa volúmica (~19 kN/m3)
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.1 Materiais a utilizarb) Armaduras
Características:- Geometria
- Tubos: dt; e et
- Varões: φ
- Classe de resistência
- Textura da superfície:
- lisa
- texturada: dimensão dos
anéis
t rbr sr
d
anéissoldados
t
Pd
dr
Pd
e t
dt
varão dereforço
a) Tubos lisos
varãode reforço
b) Tubos texturados
dt dt
dr
calda
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.2 Geometria da ligação
• Relação diâmetro do furo / diâmetro
do tubo (Df / dt)
• Espessura anelar (ea)
• Relação comprimento de
selagem / diâmetro do tubo (lb / dt)
1.20 / 2.0f tD d≤ ≤
10ae mm≥
6 / 10b tTubos Texturad l dos ≤ ≤
lb
Df
dt
calda
espessuraanelar
dt
Df
varão
calda
ea
tubo
furo
/ 15b tTubos lisos l d→ ≤
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.3 Ligações com tubos lisosDevem ser verificadas as seguintes situações:
superfíciede rotura
hc
Pdtubo
lb
45°
hc
Pd
fbu
tubo
calda
1) Aderência aço / calda
lb
fundaçãoexistente hc
Pdtubo
dt
calda
lb
2) Esmagamento da calda
superfíciede rotura
hc
tubo
lbd
Pd
θ
3) Punçoamento em compressão 4) Punçoamento em tração
1. Verificação da segurança à
rotura da aderência na
interface aço / calda;
2. Verificação da segurança ao
esmagamento da calda;
3. Verificação da segurança à
rotura por punçoamento para
cargas de compressão e
tração.
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.3 Ligações com tubos lisos
( )2 2
2 2
0.30 0.0101 1.75 0.0101
2
(1 ) 1 2
r bu r
c o ir
c i c i o
K f K
E d dcom K
d d dν ν
+ ≤ ≤ +
− = ⋅ + ⋅ − ⋅ +
4.14 0.054 4.83 0.054a bu ae f e− × ≤ ≤ − ×
1) Verificação da segurança à rotura por aderência na interf ace aço / calda
A verificação da segurança à rotura da ligação na interface aço / calda :
fbu pode ser determinada pelas seguintes expressões:
1)
2)
do
di=Df furo
Fun
daçã
o ex
iste
nte
micro-estacas
pilar
espessuraanelar
calda
ea
3.14d bu b tP f l d≤ ⋅ ⋅ ⋅
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.3 Ligações com tubos lisos2) Verificação da segurança à rotura por punçoamento
( )4d
vd vRdt c c
P
d h hτ τ= ≤
⋅ + ⋅
superfíciede rotura
hc
Pdtubo
lb
45°
0.2 1.2vRd cdf MPaτ = ≤
Nas situações em que a fundação é reforçada com armaduras longitudinais ou
verticais a verificação ao punçoamento deve ter em conta estas armaduras.
τvRd - é o valor de cálculo da resistência ao
punçoamento (fundação sem armadura longitudinal);
Pd - é o valor de cálculo da carga aplicada;
dt - é o diâmetro do tubo da micro-estaca;
hc - é a altura da sapata que resiste ao
punçoamento.
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.3 Ligações com tubos lisos
, , 0 1 0 , 0/ 3d Rdu g cd g cd gP F f A A A f Aν ν≤ = ⋅ ⋅ ⋅ ≤ ⋅ ⋅ ⋅
3) Verificação da segurança ao esmagamento localizado da ca lda
A verificação da resistência ao esmagamento localizado da calda, FRdu,g, pode ser
realizada através da seguinte expressão:
Pd - é o valor do esforço atuante
ν - é um coeficiente de redução da resistência da calda
(recomenda-se um valor de 0.6);
fcd,g - é o valor de cálculo da tensão de rotura à
compressão da calda,
A0 e A1 - são, respetivamente, a área carregada e a
maior área de distribuição de cálculo homotética de A0.
.
hc
Pdtubo
dt
calda
lb
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.4 Ligações com tubos texturadosDevem ser verificadas as seguintes situações:
.
1. Verificação da segurança à
rotura da aderência na
interface calda / betão;
2. Verificação da segurança ao
esmagamento localizado da
calda;
3. Verificação da segurança à
rotura por punçoamento;
4. Verificação da capacidade
resistente da micro-estaca.
superfíciede rotura
d
superfíciede rotura
d
PdPd
dr
dr
Df
t r
brsr
dt
Pd
dr
hd
bd
Df
caldaDf
Pe
Pe
fbu
Pd
Pe
1) Aderência calda / betão 2) Esmagamento da calda
3) Punçoamento em compressão 4) Punçoamento em tração
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.4 Ligações com tubos texturados
.
1) Verificação da segurança à rotura da aderência n a interface calda / betão
( ), ,d gd f d d bd sr f b d d e totalP D n h f D l n h Pτ π π µ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ + ⋅
Df
Pe
Pe
fbu
Pd
Pe
Pd - carga aplicada; τgd - valor da tensão de corte da calda;
Df - diâmetro do furo;
nd - número de dentes na superfície indentada;
hd - altura dos dentes;
fbd,sr - valor da tensão de aderência na interface
calda / betão na superfície não denteada;
lb - comprimento de selagem;
µ - coeficiente de atrito calda / betão e
calda / calda (0.6 a 0.8);
Pe,total - pré-esforço total aplicado ao longo do
comprimento de selagem.
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.
tr
brsr
dt
Pd
dr
hd
bd
calda
2) Verificação da segurança ao esmagamento localiza do da calda
,d r Rdu gP n F≤ ⋅
, , 0 1 0 , 0/ 3.0Rdu g cd g cd gF f A A A f Aν ν= ⋅ ⋅ ⋅ ≤ ⋅ ⋅ ⋅
A capacidade resistente da ligação é proporcional ao número de anéis
soldados na superfície do tubo, e pode ser condicionada pelo
esmagamento da calda abaixo dos anéis.
( )4r r rs b t= + Espaçamento entre anéis
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.4 Ligações com tubos texturados
.
3) Verificação da segurança à rotura por punçoamento
superfíciede rotura
d
Pd
dr
Df
d RdP V≤
( )1/3
, 1,
min 1
100Rd c l ck cpRd c
cp
C k f kV
v k
ρ σσ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅≥ + ⋅
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.4 Ligações com tubos texturados
.
3) Verificação da segurança à rotura por punçoamento
superfíciede rotura
varões verticaisde reforço
hd
Para garantir a segurança ao
estado limite de punçoamento
pode ser necessário reforçar a
fundação existente com pré-
esforço lateral e / ou com varões
verticais embebidos no betão
com ancoragem química.
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.4 Ligações com tubos texturados
.
4)Verificação da capacidade resistente da micro-estaca
Em ligações seladas em que se garanta uma elevada aderência nas
interfaces aço / calda / betão a capacidade da ligação pode ser
condicionada pela rotura da micro-estaca.
, , , , ( )u m g c g s t s t t tC A f A f A f compressão= ⋅ + ⋅ + ⋅
, , , ( )u m s t s t t tT A f A f tração= ⋅ + ⋅
Cu,m e Tu,m - capacidade resistente à compressão e à tração da micro-estaca;
Ag - área da secção da calda;
At - área da secção do tubo metálico;
As - área da secção do varão;
fc,g - tensão de rotura à compressão da calda;
ft,s e ft,t - valores da tensão de rotura à tração do aço do varão e do tubo metálico.
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7. Dimensionamento de Ligações Seladas7.5 Ensaios teste
fundaçãoexistente
prato metálico: B = 305 mm D = 203 mm
tubo metálico(d = 139.7mm)
caldafuro(Df = 203 mm)
macaco(136 tf)
560
int
t
75
anéissoldados
l1
varão(φ = 57 mm)
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