Reforço Estrutural VL Mar2011

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Válter Lúcio Dep.. Eng. Civil da UNL Dep 1

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

1. INTRODUÇÃO • Anomalias estruturais • Causas das anomalias estruturais • Soluções de reforço estrutural 2. SISTEMAS DE REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES 3. REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL 4. INVESTIGAÇÃO EM CURSO NA FCT/UNL

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 1. INTRODUÇÃO • Anomalias estruturais
resistência à flexão,
resistência ao punçoamento,
colapso progressivo,
sensibilidade às acções sísmicas,
fendilhação excessiva e
deformação excessiva.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 1. INTRODUÇÃO • Causas das anomalias estruturais:
erros de projecto ▫ concepção, ▫ dimensionamento ou ▫ pormenorização,
erros de execução,
cargas excessivas.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de projecto ▫ concepção  Falta de elementos resistentes à acção sísmica: • paredes resistentes; • pórticos viga-pilar no contorno do edifício. Excesso de confiança nas estruturas de lajes fungiformes para a resistência às acções sísmicas. O comportamento da ligação laje-pilar possui, em regra, um comportamento pouco dúctil na rotura.

Existe a necessidade de complementar a estrutura de lajes fungiformes com sistemas resistentes alternativos que possuam comportamento dúctil para a acção sísmica.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Rotura por punçoamento e colapso progressivo devido à acção sísmica

Northridge, Los Angeles -1994

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de projecto ▫ concepção  Evitar ligações laje-pilar nos bordos e nos cantos das lajes As ligações laje-pilar de bordo e de canto estão sujeitas a forças de punçoamento de grande excentricidade. Esta é outra razão para considerar vigas no contorno dos pisos é evitar ligações laje-pilar de bordo e de canto.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Ligação laje-pilar de canto: parece e é mesmo muito pouco robusta!

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de projecto ▫ concepção  NÃO às O facto de se dimensionarem bandas de laje, como se de vigas se tratassem, designadas na gíria como “vigas deitadas”, a laje não passa a ser uma laje vigada. Ao contrário das lajes vigadas, que possuem os maiores esforços de flexão segundo o menor vão, o dimensionamento as lajes fungiformes é condicionado em flexão e em deformação pelo seu maior vão.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Lajes fungiformes dimensionadas com “vigas deitadas” também estão sujeitas a fenómenos de punçoamento junto aos pilares e a necessitar do auxílio de sistemas alternativos (paredes resistentes e pórticos viga-pilar no contorno) para resistir à acção sísmica.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de projecto ▫ dimensionamento  Evitar esbeltezas elevadas Esbeltezas elevadas originam: • deformações excessivas, • dificuldades na pormenorização das armaduras de flexão e • situações críticas na resistência ao punçoamento

deformação excessiva 11

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de projecto ▫ dimensionamento e pormenorização  Dimensionamento apropriado das armaduras de flexão O dimensionamento e pormenorização correctos das armaduras de flexão é, normalmente, suficiente para controlar a fendilhação excessiva por flexão. Em lajes, a existência de fendas com abertura excessiva é frequentemente um sintoma de insuficiência de armaduras para a verificação do estado limite de resistência à flexão. fendas de flexão

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Inspecção às armaduras de uma laje fungiforme nervurada

armadura de flexão insuficiente

fendas radiais de flexão

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de projecto ▫ dimensionamento e pormenorização  Dimensionamento apropriado das armaduras de punçoamento Desprezar a excentricidade da força de punçoamento na verificação da segurança aos estados limites de resistência ao punçoamento, é também um erro frequente. Erros na quantificação das forças de punçoamento, punçoamento designadamente na quantificação dos efeitos das acções verticais e dos sismos. É frequente, em lajes fungiformes, considerar, erradamente, apenas metade das cargas verticais no dimensionamento, por analogia com as lajes vigadas. Erros na pormenorização, ou até ausência, das armaduras de punçoamento Não nos podemos esquecer que a rotura por punçoamento é brusca, brusca não tem estrutura pré-aviso e pode conduzir ao colapso progressivo de toda a estrutura. 14

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • CAUSAS DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS
erros de execução  Redução da espessura da laje definida em projecto.  Utilização de betões com classe de resistência inferior à especificada.  Montagem inapropriada das armaduras de flexão, ou redução em relação ao especificado em projecto.  Não colocação das armaduras de punçoamento, ou montagem errada destas.

Rotura por punçoamento

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Colapso progressivo causado por erros de execução

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • SOLUÇÕES DE REFORÇO Para além de conferirem a segurança aproriada à estrutura, as soluções de reforço devem ser discretas, devem passar despercebidas, não devem deixar cicatrizes que comprometam a estética, a confiança do utente na estrutura ou o seu valor económico.
Reforço por adição de armaduras • armaduras para betão armado, com demolição parcial e betonagem; • armaduras pós-instaladas em furos injectados (ou não) com resinas ou grouts; • chapas e perfis de aço colados à superfície, com ou sem buchas; • tecidos ou laminados de fibras de carbono ou de vidro colados à superfície; • laminados de fibras de carbono inseridos no recobrimento. VIGA PILAR

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Reforço com chapas de aço coladas e com buchas

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18

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Preparação da superfície

Reforço com laminados de fibra de carbono colados 19

19

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Colagem do laminado

Reforço com laminados de fibra de carbono colados

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • SOLUÇÕES DE REFORÇO
Por encamisamento: • adição de betão armado com varões; • adição de betão armado com fibras curtas de aço; • adição de argamassa armada;
com fibras curtas de aço;
com fibras longas ou com mantas de aço;
com fibras de basalto. VIGA

PILAR

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • SOLUÇÕES DE REFORÇO
Com pré-esforço exterior: • com cordões, fios ou barras de aço de alta resistência; • com laminados de fibras de carbono.

Consiste na introdução de forças na estrutura que provocam esforços de sinal contrário aos causados pelas acções aplicadas, com o objectivo de melhorar o seu comportamento e capacidade resistente. Além de aumentar a capacidade de carga, o reforço com pré-esforço, é usado também, para melhorar o comportamento em serviço das estruturas, reduzindo a abertura das fendas e as deformações. 22

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Cordões de pré-esforço

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR Lisboa | 18 de Março | 2011

www.sile2011.com

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Macaco de pré-esforço desviadores REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR Lisboa | 18 de Março | 2011

www.sile2011.com

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 • SOLUÇÕES DE REFORÇO
Por alteração do sistema estrutural: • redução parcial ou total da rigidez em zonas localizadas; • libertação de apoios ou introdução de assentamentos diferenciais; • introdução de novos apoios e redução dos vãos; • introdução de contraventamentos, paredes resistentes ou de acessórios dissipadores de energia para o reforço sísmico.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de novos pilares metálicos -

Novos pilares 26

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de parede de apoio

Falta de apoio

Nova parede 27

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de novos pilares metálicos

Novos pilares 28

28

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 2. SISTEMAS DE REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES  Para reforço à flexão, ao punçoamento e/ou a deformações excessivas: • aumento da espessura da laje laje, pela face superior, com inclusão de armaduras de flexão; • adição de armaduras exteriores em aço (chapas) ou em fibras de carbono; • pré pré--esforço exterior com aço de alta resistência (cordões ou barras) ou com laminados de fibras de carbono; • alteração do sistema estrutural com a introdução de novos pilares ou de vigas.  Para reforço ao punçoamento: • introdução de capitéis em betão ou em perfis metálicos; • colocação de armaduras de punçoamento pós-instaladas.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL - colocação de novos pilares em betão - e reforço com armaduras de momentos negativos

capitéis

Novos pilares

Espessamento da laje e introdução de armaduras para momentos negativos

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

REFORÇO AO PUNÇOAMENTO (e dos pilares) - encamisamento dos pilares - colocação de capitéis em betão

Encamisamento dos pilares

Novos capitéis 31

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

REFORÇO AO PUNÇOAMENTO (e dos pilares) - encamisamento dos pilares - colocação de capitéis em betão - colocação de armaduras de punçoamento Novas armaduras de punçoamento

Capitel em betão

Encamisamento dos pilares

Novas armaduras para momentos negativos

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REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTUR

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 3. REFORÇO POR ALTERAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL

O reforço por alteração do sistema estrutural é, por vezes, a solução mais eficiente face aos diversos condicionalismos do caso em análise. Também neste tipo de reforço se deve ter em conta, não só a segurança, mas também a estética e o valor económico da construção. O reforço por alteração do sistema estrutural pode ser do tipo activo, isto é, incluir um pré-esforço que force a que o reforço funcione mesmo para as acções já instaladas na estrutura, reduzindo:
as deformações existentes;
a fendilhação;
os esforços de flexão, de corte e axiais instalados na estrutura.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 EXEMPLOS DE REFORÇO COM ESTRUTURA METÁLICA PRÉPRÉESFORÇADA
Instalações da VN Automóveis em Vendas Novas
Indústria de fabrico e montagem de veículos pesados;
O objectivo era ampliar a linha de montagem alterando um dos pórticos extremos de uma nave. Edifício dos Bombeiros Voluntários da Trafaria
Edifício de dois pisos em laje fungiforme maciça, com vãos de 10m;
Devido a erros de concepção e de análise estrutural o edifício encontrava-se em risco de ruína;
O edifício foi reforçado mantendo as


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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS As instalações industriais são constituídas por duas naves principais, a primeira destinada a uma linha de montagem de veículos automóveis e outra ao fabrico de peças. A alteração da estrutura destinou-se ao prolongamento das linhas de montagem de automóveis nas duas naves.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 INSTALAÇÕES DA VN AUTOMÓVEIS O objectivo era retirar a viga intermédia e os dois pilares interiores do pórtico. A forma encontrada foi desactivar os pilares a demolir, aliviando primeiramente os esforços a que estavam sujeitos, passando o efeito de suporte dos pilares de betão para uma nova estrutura metálica.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 SEQUÊNCIA DOS TRABALHOS 1. Reforço das fundações com alargamento das sapatas dos pilares extremos; 2. Demolição da viga intermédia; 3. Montagem de pilares e das vigas metálicas (HEA 450). 4. Aperto e ajuste de varões roscados contra a viga de betão. Este aperto corresponde a um abaixamento da viga metálica 20.70 m previamente calculado em função da força a instalar; 5. Demolição dos pilares de betão; 6. Após a aplicação do pré-esforço aos varões roscados o espaço livre entre a viga de betão e a estrutura metálica foi preenchido com argamassa Sika Grout. 37

37

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Estrutura metálica montada

Pormenor da estrutura metálica 38

38

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Aperto dos varões roscados para aplicação do pré-esforço às vigas de betão.

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39

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Corte dos pilares

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40

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Remoção dos pilares

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41

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 EDIFÍCIO DOS BOMBEIROS VOLUNTÁRIOS DA TRAFARIA
Edifício de dois pisos com estrutura de betão armado em laje fungiforme maciça;
O edifício foi construído em 1996;
O piso térreo é o estacionamento dos veículos de socorro;


O piso superior é usado para serviços administrativos e formação;
Devido a erros de concepção e de análise estrutural o edifício encontravase em risco de ruína. 42

42

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011
O edifício possui uma malha de pilares aproximadamente quadrada com 10m de vão;
A laje é fungiforme maciça, e tem 0.25m de espessura, o que corresponde a uma esbelteza de h/L = 1/40;
A laje foi analisada como se de uma laje vigada se tratasse, isto é, apenas foi considerada metade da carga aplicada;
As paredes resistentes terminavam no piso térreo, provocando uma grande variação da rigidez para a acção sísmica ao nível do 1º andar;
Alguns pilares sem continuidade por causa da distribuição dos vãos nas fachadas;
As vigas de bordadura da laje não são estruturais e não apoiam nos pilares. 43

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 ANOMALIAS VISÍVEIS Fendas nas paredes de alvenaria causadas por deformação excessiva da laje fungiforme.

fenda

fenda fenda

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44

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 ANOMALIAS VISÍVEIS Testemunhos em gesso mostravam que as fendas nas paredes de alvenaria estavam activas.

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45

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 CONDICIONALISMOS AO REFORÇO
Manter o espaço para estacionamento de veículos de socorro;
Reduzir ao mínimo a intervenção e o custo, nomeadamente nos acabamentos do piso superior;
Segurança em relação: • ao punçoamento; • à flexão; • e à deformação da laje.
Segurança para as acções sísmicas, tendo em conta a importância do edifício em caso de sismo (foi considerado no projecto a Classe de Importância IV do EC8).

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46

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 SOLUÇÃO DE REFORÇO
Reforço das fundações para sapatas contínuas;
Construção de um sistema resistente ao sismo constituído por 4 paredes resistentes em betão armado, desde as fundações até à cobertura;
Execução de uma estrutura porticada, em aço, de apoio da laje, sem função resistente para os sismos;
Estes pórticos são afastados entre si 3.30m e suportam a laje a terços do vão, reduzindo os vãos da laje para aproximadamente 3.30mx3.30m.

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47

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 SOLUÇÃO DE REFORÇO
Execução de uma estrutura porticada, em aço, de apoio das lajes;
Estes pórticos suportam a laje a terços do vão, reduzindo os vãos da laje;
A laje do tecto do estacionamento foi pré-esforçada pelas vigas dos pórticos metálicos deste piso;
Para reduzir ao mínimo a intervenção no piso superior, as vigas de reforço foram montadas por cima da laje de cobertura e a laje foi suspensa nestas por varões roscados.

48

48

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 SOLUÇÃO DE REFORÇO  A laje do tecto do estacionamento foi afastada das vigas metálicas através de varões roscados;  No piso da cobertura, a laje foi suspensa nas vigas metálicas de reforço através de varões roscados. Estas acções são efectuadas através de deslocamentos impostos às estruturas por enroscamento de porcas nos varões roscados. Importa definir, com algum rigor, o valor destes deslocamentos impostos a ambas as estruturas. 49

49

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 P

MONITORIZAÇÃO DA APLICAÇÃO DO PRÉPRÉ-ESFORÇO

Comportamento do betão armado

PR

O betão armado tem um comportamento não linear e complexo. Não é fácil quantificar Pserv uma variação de força em função de uma . variação de deformação da estrutura de Pcr betão. A deformação do betão não é proporcional à carga aplicada. A deformação é também influenciada significativamente pela fendilhação e pela fluência do betão. a

P t0

Pserv .

t1

Após a anulação da carga aplicada resta uma deformação residual que não é possível anular.

fluência

Pcr

O valor do pré-esforço teve que ser monitorizado através da deformação da estrutura metálica, a qual tem um comportamento (aproximadamente) elástico. aR

a0

a R1

a

50

50

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Estrutura metálica no piso térreo A estrutura metálica foi montada sobre plintos de betão para reduzir os danos de eventuais impactos dos veículos.

Sistema de aplicação do pré-esforço no tecto do piso térreo Por aperto de porcas em varões roscados 51

51

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Vigas metálicas na cobertura

Sistema de aplicação do pré-esforço da laje da cobertura 52

52

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Paredes resistentes em betão armado

53

53

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Reparação das fendas nas paredes de alvenaria

Pilar metálico revestido com gesso cartonado por razões estéticas e para protecção ao fogo 54

54

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Pórticos metálicos no piso térreo Espaço livre para estacionamento

Vista dos pórticos metálicos no piso térreo 55

55

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 3. INVESTIGAÇÃO EM CURSO NA FCT/UNL  Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas - Este trabalho teve início em 1994, no IST, com a dissertação de Mestrado do Prof. António Pinho Ramos; - Sob a orientação do Prof. Pinho Ramos foram desenvolvidos recentemente estudos na FCT-UNL: • dissertação de Mestrado de Inácio Duarte; • dissertação de Mestrado (Bolonha) de Marta Luís; • estão em curso outros trabalhos neste domínio.

 Reforço de lajes com pós-esforço usando ancoragens por aderência - Doutoramento em curso do Eng. Duarte Viúla Faria, sob orientação de Válter Lúcio e de Pinho Ramos; - Sistema patenteado para introdução de pós-tensão com ancoragens por aderência.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011  Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas - Em 1994, Prof. Pinho Ramos estudou o reforço de lajes com parafusos pós-instalados. Foram ensaiadas de lajes com apenas um perímetro de parafusos.

Com este sistema obtiveram-se incrementos de resistência entre 9% e 13%. 57

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011  Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas - Em 2007 Inácio Duarte executou cinco modelos experimentais, dos quais quatro foram posteriormente reforçados e ensaiados. - O reforço consistiu em parafusos em dois perímetros, com diferentes diâmetros e diferentes forças de pré-esforço inicial.

Face Inferior

Face Superior 58

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Os modelos ensaiados tinham 1800x1800 mm2 e 120 mm de espessura. Estes pretenderam simular a área junto a um pilar central de um painel interior de uma laje fungiforme maciça limitada pelas linhas de momento nulo.

Ensaio da laje de referência sem reforço - ID1

59

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Foram colocados oito parafusos em cada uma das duas camadas: A camada interior situou-se a 0.5d (50mm) da face do pilar; A camada exterior foi executada a 0.75d (75mm) da camada interior.

Laje

Parafuso

Força de pré-esforço inicial (kN)

ID2

M10 (7.7mm)

11.2

ID3

M6 (4.6mm)

2.9

ID4

M8 (6.0mm)

6.7

ID5

M8 (6.0mm)

1.4

Placas de ancoragem com 150x50x5mm3. Dois parafusos de camadas diferentes por cada placa. 60

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODOS DE ROTURA ID2: rotura pelo exterior das placas de ancoragem sem intersecção dos parafusos.

ID2

ID3 Faces superior e inferior dos modelos ID2 e ID3 após rotura por punçoamento

ID2

ID3: rotura com intersecção das duas camadas de parafusos. Laje

Parafuso

Força de pré-esforço inicial (kN)

ID2

M10 (7.7mm)

11.2

ID3

M6 (4.6mm)

2.9

ID4

M8 (6.0mm)

6.7

ID5

M8 (6.0mm)

1.4

ID3 61

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODOS DE ROTURA ID4: rotura exterior aos parafusos. ID5: rotura com intersecção dos parafusos. ID4

ID5 Faces superior e inferior dos modelos ID4 e ID5 após rotura por punçoamento

ID4

Laje

Parafuso

Força de pré-esforço inicial (kN)

ID2

M10 (7.7mm)

11.2

ID3

M6 (4.6mm)

2.9

ID4

M8 (6.0mm)

6.7

ID5

M8 (6.0mm)

1.4

ID5 62

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas - Em 2008 Marta Luís ensaiou dois modelos, ML1e ML2, em tudo idênticos aos modelos ID3 e ID4, mas sujeitos a cargas verticais cíclicas. - O carregamento teve as seguintes fases: • 1ª Fase – Fendilhação (aplicação de uma carga de cerca 60% do valor da força de rotura do modelo de referência); • 2ª Fase – Após as operações de reforço, os modelos foram levados à rotura através da aplicação de um carregamento cíclico.

- Os modos de rotura dos modelos ML1e ML2 foram semelhantes aos dos modelos ID3 e ID4, respectivamente. 63

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Comparação entre as cargas de rotura experimentais e as estimadas pelo EC2 Modelo

Parafuso de Reforço

Força inicial dos parafusos

Resultados Experimentais Vexp

[kN]

[kN]

Modo de rotura

Valores estimados pelo EC2 VRm1

VRm2b

VRm3

[kN]

[kN]

[kN]

Vexp

Vexp

Modo de rotura

VRm

VRm1

ID1

-

-

269

-

274

-

-

274

0.98

0.98

ID2

M10

11.2

406

Exterior ao reforço

272

439

396

Exterior ao reforço

1.02

1.49

ID3

M6

3.3

331

Interior ao reforço

298

308

430

Interior ao reforço

1.07

1.11

ID4

M8

5.9

381

Exterior ao reforço

300

367

432

Interior ao reforço

1.04

1.27

ID5

M8

1.4

366

Interior ao reforço

308

373

442

Interior ao reforço

0.98

1.19

ML1

M6

2.9

337

Interior ao reforço

290

310

418

Interior ao reforço

1.09

1.16

ML2

M8

6.7

349

Exterior ao reforço

292

419

422

Interior ao reforço

0.83

1.20

Vexp – Carga de rotura experimental; VRm,1 – Valor médio do esforço resistente ao punçoamento sem armaduras específicas; VRm,2b – Valor médio do esforço resistente ao punçoamento com armaduras específicas (com limitação da tensão do aço dos parafusos); VRm,3 - Valor médio do esforço resistente ao punçoamento considerando a rotura pelo exterior do reforço. 64

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Reforço ao punçoamento com armaduras transversais pós-instaladas CONCLUSÕES
Com a adição dos parafusos obteve-se um aumento da resistência entre 11% (M6) e 49% (M10);
A aplicação de parafusos de reforço aumenta a rigidez das lajes, reduzindo as deformações verticais;
Pode ser usado o EC2 para estimar a resistência deste sistema de reforço;
A redução de resistência devido ao carregamento cíclico aplicado nos modelos ML1 e ML2 não é significativa (…).

65

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011  Reforço de lajes com pós-esforço usando ancoragens por aderência tema de doutoramento do Eng. Duarte Viúla Faria sob orientação de Válter Lúcio e de Pinho Ramos. O objectivo do estudo é o reforço de lajes fungiformes por introdução de pré-esforço (pós-tensão) usando ancoragens por aderência entre o cordão de aço de alta resistência e o betão.

Estas ancoragens são materializadas com um agente de aderência. Neste estudo tem sido usada uma resina epoxi da Hilti HIT-RE 500. 66

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011
Vantagens do reforço com pós-tensão: • O reforço é activo, isto é, funciona mesmo para as cargas já instaladas; • O elemento a reforçar não necessita ser descarregado; • Não adiciona peso significativo à estrutura; • Reduz a deformação e a fendilhação; • Reduz os esforços de flexão e de punçoamento por transferência de uma parte das cargas directamente para os apoios.
Desvantagens do reforço com pós-tensão : • Provoca tensões concentradas nas zonas de ancoragem; • Usa ancoragens externas permanentes e desviadores que afectam a estética e o usam espaço útil.

67

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE PRÉPRÉ-ESFORÇO COM ANCORAGENS POR ADERÊNCIA Sistema de pós-tensão com ancoragens por aderência para estruturas de betão – PAT 103 785 – pedido de patente Nacional INPI – Instituto Nacional de Protecção Industrial em 12/07/2007. O sistema consiste na instalação de pré-esforço com ancoragens realizadas por aderência entre o aço de pré-esforço e o betão. O sistema consta da furação da peça de betão e instalação do aço dentro dos furos. O aço é então tensionado com a ajuda de ancoragens provisórias. Os furos são selados e injectados com um agente de aderência. Após a cura do agente de aderência o pré-esforço é libertado nas ancoragens provisórias e transferido por aderência para o betão nas zonas de ancoragem. Esta força é transferida por tensões de aderência entre o aço, o agente de aderência e o betão adjacente ao furo. O sistema consta, assim, de um pré-esforço instalado à posteriori usando a técnica da ancoragem da pré-tensão. Este sistema pode ser usado no reforço de estruturas existentes e na ligação entre elementos de estruturas novas.

(a) furação da laje existente

(b) instalação de cordões de aço de alta resistência 68

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

(c) tensionamento dos cordões com recurso a ancoragens provisórias

(d) injecção com um agente de aderência e seu endurecimento

(e) libertação das ancoragens provisórias e transferência do pré-esforço para o elemento.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 VANTAGENS DO SISTEMA
Como não existem ancoragens permanentes o sistema é mais económico e fácil de instalar, não altera a estética e não compromete o espaço;
As tensões nas zonas de ancoragem são introduzidas gradualmente ao longo do comprimento de transferência, não introduzindo forças concentradas.

DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA Para o desenvolvimento do sistema necessitam ser analisados em detalhe os seguintes aspectos:
Técnicas de furação e de injecção;
Propriedades do agente de aderência;
Sistema de ancoragens provisórias e de tensionamento dos cordões;
Perdas de pré-esforço, designadamente as relativas à deformação instantânea e à deformação por fluência do agente de aderência;
Explorar campos de aplicação para o sistema. 70

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MECANISMO DE ADERÊNCIA Para o estudo do mecanismo de aderência foram já efectuados ensaios de “pull-out” e de “push-in”.

ENSAIOS DE “PULL “PULL--OUT OUT”” Cunhas Célula de Carga Macaco Hidráulico

Para determinação da tensão aderência foram ensaiados três comprimentos de selagem: 100mm, 150mm, 200 mm 71

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 ENSAIOS DE “PUSH “PUSH--IN” IN”

Para determinação do comprimento de transferência de pré-esforço foram efectuados ensaios de “push-in” nos seguintes comprimentos de selagem: 250mm, 350mm, 450mm, 550mm, 650mm, 800 mm

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 C1-B4-20-070508-A

Resinas HILTI

C1-B4-10-070508-A C2-B4-10-070508-A

25

ENSAIOS DE “PULL “PULL--OUT OUT”” Tensão Aderência

20

15

10

5

0 -1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Slip (mm)

15 14

ENSAIOS DE “PUSH “PUSH--IN IN””

13 12

T e n são A d e rên cia (M Pa )

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0

Slip (mm)

73

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODELOS DE LAJE FUNGIFORME Foram executados e ensaiados 7 lajes fungiformes com 2300x2300, sendo 3 com 100mm de espessura e 4 com 120mm de espessura. Para referência e comparação dos resultados experimentais, foi ensaiada uma laje não reforçada de cada uma das espessura.

Sistema de ancoragens provisórias para aplicação do prépré-esforço e injecção da resina.

74

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

Laje reforçada pronta para ensaiar.

75

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 Rotura por punçoamento de uma laje reforçada com prépré-esforço pós instalado.

Comportamento póspós-rotura de uma laje reforçada.

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

RESULTADOS DOS ENSAIOS DAS LAJES Espessura da laje [m] Modelo

0.10

0.12

L1

REF

Vexp de V-obtida - Resistência ensaios VV – componente V vertical =rotura V das forças Veff– força V desv eff desv exp Rm,EC2exp Rm,EC2 VVeff /Vnos Vexp/Vexp,REF Rm experimentais estimada com o EC2, de pré-esforço nas ancoragens [kN] [kN] [kN] usando valores médios das 191.0 191.0 203.6 propriedades 0.94 1.00 dos materiais

L2

60.2

272.9

212.7

201.6

1.06

1.43

L3

52.7

254.7

202.0

198.5

1.02

1.33

L4

REF

199.0

199.0

217.4

0.92

1.00

L5

72.0

294.5

222.5

214.1

1.04

1.48

L6

77.4

292.2

214.8

212.5

1.01

1.47

Vdesvio [kN]

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 CONCLUSÕES
Os ensaios de aderência mostraram que, para efeitos de dimensionamento dos comprimentos de transferência do prépré-esforço nas zonas de ancoragem podem ser usadas tensões de aderência máximas da ordem de 6MPa; 6MPa
Para efeitos de determinação da resistência máxima das ancoragens podem ser consideradas tensões de aderência de cerca de 12MPa, 12MPa embora com deformações significativas;
As perdas instantâneas de pré-esforço obtidas com comprimento de ancoragem de cerca de 0.35m correspondem a deslizamentos inferiores a 0.5mm, essencialmente devidos à deformação da resina na fase de transferência do pré-esforço;
Existem perdas de prépré-esforço por fluência da resina, que estão neste momento a ser quantificadas experimentalmente, mas que são compatíveis com os resultados pretendidos;
Dos resultados os ensaios realizados em modelos de laje pode-se afirmar que:  A solução de reforço permitiu o incremento da resistência ao punçoamento em 33% a 48%, com pré-esforço apenas numa direcção;
O pré-esforço reduz as deformações verticais da laje;
Pode ser usado o EC2 para estimar a resistência ao punçoamento com este reforço.

79

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011  REFORÇO DE LIGAÇÕES VIGA-PILAR PARA ACÇÕES SISMICAS tema de doutoramento da Engª. Ana Rita Gião sob orientação de Válter Lúcio e de Carlos Chastre Rodrigues.

80

80

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 ZONAS CRÍTICAS Forças equivalentes à acção sísmica

Momentos devidos à acção sísmica

Os maiores momentos flectores surgem nas extremidades dos pilares e das vigas.

Rótulas plásticas nas extremidades Zonas críticas – onde se podem formar rótulas plásticas devido à acção sísmica

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 PRINCIPIO DO PILAR FORTE – VIGA FRACA

Mecanismo indesejável
Mecanismo de rotura localizado  Reduzida dissipação de energia  Deformações excessivas dos pilares

Rótula plástica nas vigas

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 RESISTÊNCIA / RIGIDEZ / DUCTILIDADE → DISSIPAÇÃO DE ENERGIA

+ Resistência

= Dissipação de energia

+ Dúctil

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 OBJECTIVOS

LIGAÇÃO VIGA-PILAR EM BETÃO ARMADO DE ALTO DESEMPENHO SÍSMICO

OBJECTIVOS

ESTUDO DO COMPORTAMENTO

ENSAIO QUASIESTÁTICO CÍCLICO

REFORÇO COM CORDÕES DE PRÉESFORÇO NÃOADERENTES

REFORÇO PRÉ-ESFORÇO E ENCAMISAMENTO NA ZONA COMPRIMIDA COM COMPÓSITO CIMENTÍCEO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO


Minimizar as Implementar Desenvolver calda de
Reduzir a encurvadura deformações residuais ensaio cíclico elevado desempenho dos varões comprimidos com efeitos das com fibras contínuas
Aumentar a resistência forças gravíticas de aço
Minimizar os danos e capacidade dissipativa

Modelação e análise não-linear

84

84

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODELO EXPERIMENTAL VR1 – RESULTADOS EXPERIMENTAIS MODO DE ROTURA

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO

Acumulação de deformação positiva!

6dy+ Destacamento Encurvadura das do armaduras long. recobrimento inferiores

Rotura do varão da armadura long. inferior

3dy85

85

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODELO EXPERIMENTAL VR2 – RESULTADOS EXPERIMENTAIS MODO DE ROTURA

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO

Acumulação de deformação negativa (no sentido da deformação provocada pelas cargas gravíticas)

Fg

Armadura longitudinal inferior mantém-se com comportamento elástico

Degradação gradual da zona comprimida

Encurvadura progressiva da armadura longitudinal inferior 86

86

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODELO EXPERIMENTAL VPE – RESULTADOS EXPERIMENTAIS MODO DE ROTURA

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO

DEFORMAÇÕES RESIDUAIS INFERIORES Degradação gradual da zona Encurvadura progressiva da comprimida armadura longitudinal inferior Destacamento do recobrimento 87

87

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 MODELO EXPERIMENTAL VPEE – RESULTADOS EXPERIMENTAIS MODO DE ROTURA

Rotura do encamisamento por tracção

DIAGRAMA FORÇA-DESLOCAMENTO

REDUÇÃO DOS DANOS E ENCURVADURA DOS VARÕES

Destacamento do encamisamento

88

88

Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011 CONCLUSÕES

 Minimizar as deformações residuais  Aumentar a resistência e capacidade dissipativa  Retardar a encurvadura dos varões comprimidos  Minimizar os danos 89

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Curso de Construção Sustentável da FCT/UNL – 2010 2010--2011

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