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Ligações nas Estruturas Pré-Fabricadas
Para além do facto de, nas estruturas de betão com pré-fabricação, se terem
elementos estruturais não executados na sua posição final, a especificidade
da pormenorização e execução das LIGALIGAÇÇÕESÕES é a principal característica
que distingue estas estruturas das totalmente executadas”in situ”.
É portanto natural que um importante esforço de ““engenhoengenho”” e e investigainvestigaççãoão
sejam dispendidos para encontrar as soluções mais eficientes tendo em
consideração: a economia, a simplificação do processo construtivo e as
características de comportamento das ligações quando em serviço e
submetidas a condições de cargas extremas.
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Definição da Ligação
Em geral, distinguem-se as denominações:
− Ligação (connection)
− Juntas de interface (joints).
A ligaligaççãoão diz respeito ao conjunto dos
elementos e sua pormenorização que
permitem globalmente assegurar a
transmissão de tensões entre dois ou mais
elementos estruturais.
A junta de interfacejunta de interface, por sua vez, diz respeito a uma superfície de ligação
directamente entre betões de idades diferentes (igual ou semelhante à junta de
construção na betonagem “in situ”) ou com outros materiais de ligação
(grouts, resinas epoxídicas, neoprene, etc.) entre eles.
A ligação é mais geral e pode incluir várias juntas de interfaces.
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Tipo de Ligações entre Elementos
Existem no essencial três níveis de ligação entre elementos estruturais:
► Ligações SimplesLigações Simples, , portanto com liberdade de rotação
Nestes casos, na obra, a ligação é executada, com apoios simples (com ou sem neoprene) utilização de pernoscom grouts de ligação e/ou ligações aparafusadas.
► Ligações com ContinuidadeLigações com Continuidade
Nestas situações há que realizar, em geral, betonagens localizadas “in situ”, adopção de sistemas especiais de ligação, injecção de caldas ou execução de soldaduras.
► Ligações Ligações SemiSemi--RígidasRígidas
São ligações em que se assume uma continuidade estrutural limitada.
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Soluções Tipo de Ligações entre Vigas em Apoios Intermédios de Passagens Superiores e/ou Viadutos
► Pouco eficiente estruturalmente
► Maior risco de degradação com o tempo
► Risco grande de fendilhação da laje sobre a junta
► Má transmissão de cargas axiais devido às forças de massas sísmicas
► Maior eficiência estrutural
► Melhor transmissão de forças tabuleiro/pilar
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Situação em Portugal – Pontes e Viadutos
Nas Pontes e ViadutosPontes e Viadutos a utilização da pré-fabricação para obras com alguma
repetitividade tem sido muito grande nos últimos anos, em particular com a
construção de auto-estradas em sistema de concepção/construção, tipo SCUT.
Desde logo se apontou para a utilização de soluções de ligação que
assegurassem continuidade estrutural pois:
• São mais eficientes estruturalmente no controlo da deformação e, por
conseguinte, permitem adoptar soluções mais esbeltas (elegantes)
• Permitem uma muito mais eficaz e fiável transmissão de forças entre
elementos e capacidade de absorção de energia, aspectos
particularmente significativos para o comportamento à acção sísmica
• Diminuem as juntas estruturais que podem ser, por infiltração de água,
fonte de degradação da zona da ligação e dos aparelhos de apoio.
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Passagem Superior com o Tabuleiro com Vigas Pré-Fabricadas apoiadas em Paredes de Betão Armado
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Pormenor da Execução e da Ligação Parede/Tabuleiro
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Execução das Ligações
• Com apoios provisórios exteriores à estruturas
LAJEVIGA
PILAR
APOIOS PROVISÓRIOS
ESCORAMENTO DA VIGA
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Execução das Ligações
• Utilizando os apoios definitivos ou provisórios colocados na própria estrutura
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Corte longitudinal Corte transversal
Pormenor de Ligações das Vigas sobre os Pilares
Ligação com continuidade viga/pilar
Ligação com junta pré-esforçada e apoio fixo ou móvel sobre o pilar
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Solução mais Tradicional com Vigas Pré-Esforçadas por Pós-Tensão
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Viaduto Ferroviário com Continuidade
Vigas pré-fabricadas em
Continuidade sobre os apoios com pré-esforço:
cabos rectos na laje
cabos curvos no cepto central
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Pormenor da Ligação sobre os Pilares
Geometria da viga junto aos pilares:
• Abertura para ligação por, betão “in situ”, do aparelho de apoio ao diafragma transversal
• Extensões da alma para apoio provisório das vigas nos capiteis dos pilares e para execução de uma junta de interface com grout cimentício ao longo das almas.
Disposição das armaduras do diafragma com empalmes às armaduras de espera das vigas pré-fabricadas
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Viaduto com Vigas Pré-Fabricadas sem Betonagem sobre os apoios
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181823 181854 23
Corte longitudinal da viga pré-fabricada
VA
RIÁ
VEL
80
12
1280
Lt. no eixo= 1548
75 101
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JUNTA
TROÇO EM CURVA
JUNTA
TROÇO RECTO
PLANTA NA LIGAÇÃO
90° 90°
Amaciçamento sobre o apoio incluído na viga pré-fabricada
Ligação longitudinal das vigas pré-fabricadas com barras de pré-esforço após colocação de grout entre as vigas
Ligação das vigas aos aparelhos de apoio através de enchimento com grout de bainhas verticais encaixadas nos pernos dos aparelhos de apoio
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Cobertura de uma Ribeira no Centro do Funchal
Solução com vigas pré-fabricadas com um apoio simples no muro de
alvenaria e uma boa ligação transversal entre vigas sobre o muro.
Laje entre vigas realizada com recurso a pré-lajes pré-fabricadas com
camada de betão superior assegurando-se, portanto, continuidade estrutural.
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Cobertura de uma Ribeira no Centro do Funchal
Vigas Pré-fabricadas no estaleiro da obra com pós-esforço, 0.30m de largura e espessamento nas extremidades
Laje do tabuleiro com pré-lajes e ligação continua da viga pré-fabricada com a laje do tabuleiro
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Pormenorização da ligação das vigas ao muro da Ribeira
NOTAS:NOTAS:
• Sem necessidade de ferrolho de ligação à parede
• Sem necessidade de furar as vigas pré-fabricadas para passagem de armadura inferior e da alma da carlinga
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Viaduto SATUOeiras – Construído com Pré-Fabricação
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Soluções Pré-Fabricadas para o Viaduto do SATUOeiras
• Carris normais.• Sistema de tracção por cabos.• Roldanas de guiamento dos cabos.
Veículo na fase de testes
Detalhes do Sistema Mecânico
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Soluções Pré-Fabricadas no Viaduto do SATUOeiras
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Continuidade com betão armado das vigas pré-fabricadas
Ligação de Vigas Pré-Fabricada num Viaduto do SATUOeiras
Junta de interface exterior ao apoio dos pilares
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Solução da Pré-Fabricação nas Zonas Curvas
Column Column
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Solução da Pré-Fabricação nas Zonas Curvas
GROUTPLAN VIEW
POST-TENSION CABLES
Geometria, Dimensionamento e Execução Geometria, Dimensionamento e Execução da Ligaçãoda Ligação
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Solução prevista na fase seguinte da Obra
Viga pré-fabricada com forma exterior esteticamente melhorada
Pré-esforço de continuidade sobre os apoios
Solução tipo:Solução tipo:
Solução especial sobre Solução especial sobre AutoAuto--Estrada:Estrada:Manutenção da solução tipo com junta de betonagem a aproximadamente 1/5 do vão
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Pormenor do apoio sobre os pilares da Auto-Estrada
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Pré-Fabricação em Edifícios em Portugal
Nos EdifíciosEdifícios a pré-fabricação em Portugal tem estado bastante limitada, parecendo que é chegado o momento para um maior incremento da sua utilização.
Até ao presente tem-se assistido à utilização de pré-fabricação de betão estrutural em Pavilhões IndustriaisPavilhões Industriais em quantidade significativa. No entanto, por vezes recorrendo a soluções com pouca inovação.
Também em Edifícios de Zonas ComerciaisEdifícios de Zonas Comerciais grandes ou/e Parques de Parques de EstacionamentoEstacionamento têm havido casos em que soluções com pré-fabricação têm sido utilizadas.
Em Edifícios de Habitação ou de EscritóriosEdifícios de Habitação ou de Escritórios, para além dos casos tradicionais dos pisos com vigotas (mais adoptados no Norte do País) o recurso à pré-fabricação tem sido escassa.
A divulgação de sistemas alternativos de ligações, a consciencialização das vantagens construtivas por parte de técnicos e empresas de construção e um maior acento no ensino dessas soluções, deverá dar uma contribuição significativa para esse incremento.
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Ligação Vigas/Pilar Simples e com Continuidade num Edifício Industrial
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Sistema Ortogonal de Vigas Pré-Fabricadas de uma Cobertura
Caso de uma apoio central
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Soluções de Ligações Piso/Elementos Verticais com Continuidade para Edifícios
Viga/Pilar Laje/Parede
PAREDE PRÉ-FABRICADAAPOIOS PROVISÓRIOS
PRÉ-LAJE
PAREDE BETONADA "IN-SITU"
ELEMENTOS METÁLICOSDE APOIO PROVISÓRIO
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Projecto de Investigação sobre o Comportamento Sísmico de Ligações Aparafusadas com Continuidade
armadura inferior com continuidade
emendas mecânicas
emendas mecânicas
armadura superior com continuidade
armadura inferior sem continuidade
bainha para injectar com calda
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Projecto de Investigação sobre o Comportamento Sísmico de Ligações Aparafusadas com Continuidade
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
δ/δy
F (k
N)
Diagrama F – δ/δyHistorial de carregamento
0
169
-106
167
-103
166
-102
106
-62
224
-109
219
-100
216
-104
85
-19
232
-108
226
-106
222
-103
81
-3
233
-107
226
-103
221
-101
100
-1
230
-93
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35
Ciclo
F pic
o (kN
)
µd = (q+1)2/4 µd = 3 ⇒ q = 2,5Coeficiente de comportamento
Rotura pelo varão
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Soluções de Ligações Pilar/Fundação com Armaduras Encaixadas em Bainhas com Grout
SELAGEM COM GROUT
VARÕES DE ESPERADA SAPATA
SELAGEM COM GROUTORIFICIO PARA
BAINHA ENVOLVIDA COMCINTA HELICOIDAL E
VARÃO DE ESPERADA SAPATA
ARMADURA DO PILAR
FERRO DE ESPERA
SELAGEM COM GROUT
VARÕES DE ESPERADO PILAR
BAINHA ENVOLVIDA COMCINTA HELICOIDAL E FERRO DE ESPERA
N
N
M
Encaixe no pilar
Encaixe na sapata
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i=2.5% i=2.5%
Solução Proposta com Pré-Fabricação do Pórtico
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Soluções de Ligações Pilar/Fundação com Cavidade de Encaixe para o Pilar
Modelo de cálculo
Casos Práticos
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syfs
ccfsyfbduDσ
εε −⋅⋅⋅⋅
⋅−⋅+⋅= 12329135.1
com
syfccf
bde
⋅=ε
Efeito do Mecanismo de Ferrolho
Este efeito não é referido no Eurocódigo 2, e só pode ser considerado para a parcela da armadura não mobilizada por outra solicitação
σs – tensão devido a outro efeito(tracção, flexão, interbloqueamento de inertes, …)
Analogia com a resistência de uma estaca
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A - betão novo, B - betão antigo, C - amarração
A NEd
VEd
VEd≤ 30h ≤ 10 d1
h ≤ 10 d2
d 5 mm
α
45 ≤ α ≤ 90
B C
C
A - betão novo, B - betão antigo, C - amarração
Base para a expressão regulamentar:
vRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sin α + cos α) ≤ 0,5 ν fcd
c – 0.25 a 0.50µ – 0.50 a 0.90α - inclinação dos ferros em relação à junta
Superfície identada
c = 0.50 µ = 0.90
Mecânismo de Interbloqueamento de Inertes
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vEdi ≤ vRdi
vEdi é o valor de cálculo da tensão tangencial na junta dada por:
vEdi = β VEd / (z bi)
em que:
β relação entre o esforço longitudinal na secção de betão novo e o esforço longitudinal total na zona de compressão ou na zona de tracção, ambos calculados na secção considerada
VEd esforço transverso
z braço do binário da secção composta
bi largura da junta
Esforço Longitudinal nas Juntas de Betonagem (§6.2.5 do EC2)
b i
b i
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vRd valor de cálculo da tensão tangencial resistente na junta dada por:vRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sin α + cos α) ≤ 0,5 ν fcd
em que: c e µ são coeficientes que dependem da rugosidade da juntafctd é a resistência de dimensionamento do betão à tracçãoσn tensão devida ao esforço normal exterior mínimo na junta, que pode
actuar simultaneamente com o esforço transverso, positivo se de compressão, com σn < 0,6 fcd, e negativo se de tracção. Quando σn é de tracção, c fctd deve ser considerado igual a 0.
ρ = As / Ai
Esforço Longitudinal nas Juntas de Betonagem (§6.2.5 do EC2) (continuação)
As área da secção de armaduras que atravessa a junta incluindo a das armaduras de esforço transverso (caso existam), com amarração adequada de ambos os lados da junta.
Ai área da juntaα deve ser limitado de modo que 45° ≤ α ≤ 90°
ν é um coeficiente de redução da resistência
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v Ediρ f (µ sin α + cos α)yd
c f + µ σctd n
vRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sin α + cos α) ≤ 0,5 ν fcd
Expressão Regulamentar na Interface da Verificação ao Corte na Ligação Betão/Betão
As armaduras 1 e 2 contribuem para a resistência ao corte
Expressão geral:
Sem compressão axial e com armadura perpendicular à superfície: vRdi = c fctd + µ ρ fyd ≤ 0,5 ν fcd
INTERFACE LONGITUDINAL VIGA/LAJE
INTERFACE TRANSVERSAL DA ALMA DA SECÇÃO
FLEXÃOA
COMPRESSÃO
ALMAA
A
V M
JUNTA BETÃO/BETÃO
V
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Projecto de Investigação sobre o Comportamento de Juntas de Interface de Betões com Idades Diferentes
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Pormenorização Tipo dos Ensaios Laboratoriais
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Ensaio de Viga com Déficit de Armadura Transversal
0 2 4 6 8 100
100
200
300
400
500
Deslocamentos (mm)
Forç
a C
1 (k
N)
Junta BJunta A
0.25
24º0.25
■D1 (V1P)■D1 (V1REF)
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Ensaio de Viga com Armadura Transversal Excedentária
0 10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
700
800
Forç
a C
1 (k
N)
■D1 (V2P)■D1 (V2REF)
0 1 2 3 4 50
100
200
300
400
500
600
700
800
Forç
a C
1 (k
N)
■L8 (V2P)■L8 (V2REF)
…εy
33º
Junta B
33º
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Ensaio de Viga com Armadura Transversal Excedentária
0.25
s
f1
f2
17º
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Ensaios da Continuação do Projecto de Investigação
50 100 50 100 50 50
1422
14
19 12 19
5050
191219
1422
14
508580708035
85 80 70 80 35
45°
Variação das características das juntas de ligação:
• Junta betão/betão simples ou com tratamento especial de superfície
• Variação da quantidade da armadura longitudinal
• Variação da inclinação das juntas
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Pré-Fabricação de Elementos Repetitivos numa Obra Betonada “in situ”
Viaduto da Padre Cruz (Lisboa)
Devido à repetitividade e especificidade da geometria da treliça, esta foi pré-
fabricada com ligação de continuidade às paredes da secção transversal.
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Pré-Fabricação de Elementos Repetitivos numa Obra Betonada “in situ”
Viaduto da Padre Cruz (Lisboa)
Processo de posicionamento dos elementos pré-fabricados
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Pré-Fabricação ao Serviço da Engenharia e da Estética
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Conclusões
A prpréé--fabricafabricaççãoão no contexto do betão estrutural deve ser entendida num
sentido muito lato
SoluSoluçções de ligaões de ligaççãoão para zonas com pouco risco sísmico ou com maior
sismicidade são possíveis com eficiência.
Com uma boa articulação projectista/empresa de pré-fabricação/empreiteiro
geral são realizáveis soluções engenhosas e com valor estético,
construtivamente económicas e eficientes do ponto de vista do
comportamento estrutural.