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REFORÇO DE ESTRUTURAS POR ENCAMISAMENTO
DE SECÇÕES
Aumento da secção transversal através da adição de armaduras suplementares e betão
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estruturas
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•••• Campos de aplicação
−−−− Aumentar a resistência de zonas comprimidas
−−−− Necessidade de grande aumento de resistência/rigidez
−−−− Necessidade de garantir boa protecção ao fogo das armaduras de reforço
−−−− Reforço de lajes, vigas, pilares e paredes para todos os esforços, em especial os devidos à acção sísmica
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•••• Aspectos principais da solução
−−−− Implica um aumento das dimensões das secções transversais
−−−− Grande interferência na utilização da estrutura
−−−− Relativamente ao reforço com chapas metálicas apresenta as vantagens do reforço
à acção sísmica, melhor protecção ao fogo e à corrosão das armaduras de reforço
−−−− Requer preparação de superfície cuidada do betão existente
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Execução de um Encamisamento
1 – Escoramento- Controlar: deformação das secções;
deslocamentos- Evitar colapsos durante a reparação
2 - Preparação da superfície
- garantia de melhor ligação entre o material de adição e o inicial;
- remoção de betão alterado
a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas;
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a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas; jacto de areia;jacto de água de alta pressão
b) limpeza – jacto de água
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3 - Colocação das armaduras adicionais(reposição no caso de deterioração das armaduras iniciais)
4 - Betonagem
Materiais: betãoargamassa
Tecnologia de aplicação: CofradoProjectadoAplicação directa (à colher)
(Utilização de resinas de colagem)
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(Utilização de resinas de colagem)
50 mm – betão projectado
emin = 70 a 100 mm – betão cofrado
30 a 50 mm – argamassa especial
5 - Cura
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Ensaios relativos ao desempenho de diferentes tipos de preparação de superfície
Martelo de agulhas Martelo de guilho
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Jacto de água de alta pressão
Jacto de areia e água
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80
100
120
140
V (
kN)
Poly. (ADS-PS1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-Prov_2)
Poly. (ADS-PS2-Prov_1) Poly. (ADS-PS2-Prov_2)
Poly. (ADS-PS3-Prov_1) Poly. (ADS-PS3-Prov_2)
Poly. (ADS-PS4-Prov_1) Poly. (ADS-PS4-Prov_2)
Poly. (ADS-PS1-R1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-R1-Prov_2)
Poly. (ADS-PS1-R2-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-R2-Prov_2)
Resultados dos ensaios
Ligação por adesão
Jacto de areia e água
Martelo de agulhas
Martelo de guilho
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0
20
40
60
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040
s (mm)
V (
kN)
Jacto de água de alta pressão
Martelo de guilho
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Materiais de Encamisamento
Materiais de alta qualidade- elevada resistência à compressão
- boa aderência
- boa trabalhabilidade
- baixa retracção
- compatibilidade de deformações com os materiais iniciais
Betões e argamassas moldados
- materiais à base de ligantes hidráulicos
- materiais à base de ligantes sintéticos (resinas)
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- materiais à base de ligantes sintéticos (resinas)
• sensibilidade à humidade
• retracção por vezes elevada
• não passivam as armaduras
• baixa resistência ao fogo
• preço elevado
Betões e argamassas projectadas• fácil de colocar • acabamento irregular
• boa aderência • sujidade
• elevada resistência
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Disposição de armaduras adicionais
Reforço de vigas
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Amarração dos varões nos nós
Amarração dos varões nos nós
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Amarração dos varões nos nós
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Verificação da segurança de vigas à flexão
Modelo de comportamento
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Método dos coeficientes globais
Mrd = γγγγn,M { }Aeqs zeq f i
syd = A is zi f i
syd + Ars zr f r
syd
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Aeqs = A i
s + Ars
f rsyd
f isyd
zeq = A i
s zi f isyd + Ar
s zr f rsyd
A is f i
syd + Ars f r
syd
Verificação da segurança de vigas à flexão
Admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:
Mrd ≈≈≈≈ γγγγn,M
Aeqs 0.9 d
eq f i
syd = f isyd
Ais 0.9 d
i + Ar
s 0.9 dr
f rsyd
f isyd
Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras
f rsyd d
eqd
ii
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Coeficientes de monolitismo
Resistências – γγγγn,M
Deformabilidade – γγγγn,K
Em vigas – γγγγn,M = 0.90 e γγγγn,k = 0.85
Em lajes – γγγγn,M = 1.00 e γγγγn,k = 1.00EC 8 (parte 1.4, 1995)
Ars =
f rsyd
f isyd
Aeqs
deq
dr - Ai
s d
i
dr
i
r
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Ligação entre o betão existente e o material de adição
O funcionamento e eficiência de um reforço por encamisamento depende fundamentalmente da aderência entre os materiais
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Os valores das tensões tangenciais são dados por:
ττττ1 = Vsd
br zeq ττττ2 =
Vsd
br zeq ××××
Ars f r
syd
Ars f r
syd + A is f r
syd
ττττrd,a = ηηηη f'ctd
ηηηη =
[MC90]
0.2 superfícies lisas
0.4 superfícies rugosas
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Verificação da segurança de vigas ao esforço transverso
Vsd ≤≤≤≤ Vmaxrd = 0.6 fcd bizi sen θθθθ cos θ + θ + θ + θ + 0.50.50.50.5 ∗ ∗ ∗ ∗ 0.6 fcd (br- bi) zr sen θθθθ cos θ θ θ θ
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rd
Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )V ird + V r
rd
Vrd = γγγγn,v
0.9 di A i
sw
s cotg θθθθ f iyd + 0.9 dr
A rsw
s cotg θθθθ f ryd
Coeficiente de monolitismo
[Eurocódigo 8 – parte 1.4, 1995]γγγγn,V = 0.80 ; γγγγn,k = 0.75
Recomendação: VfinalRd < 2 V
iRd
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Disposições de armaduras adicionais
Reforço de pilares
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Verificação da segurança de pilares
γγγγn,M N = 0.90
Método dos coeficientes globais
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- reforço ligeiro:
- reforço significativo:
Afc < 2 Ai
c
Afc > 2 Ai
c (a secção inicial é desprezável)
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Aumento da resistência à compressão devido à cintagem (confinamento)
σσσσ*c = fcd (1.000 + 2.50 αααα ωωωωw) para:
σσσσ2
fcd < 0.05
σσσσ*c = fcd (1.125 + 1.25 αααα ωωωωw) para:
σσσσ2
fcd > 0.05
ou:
Resistência à compressão [MC90]
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σσσσ2 – tensão de confinamento: σσσσ2
fcd =
1
2 ωωωωw
ωωωωw = volume de estribos
volume de betão =
2 (b0 + h0) φφφφ 2
est
4 1
s
b0 h0
α - factor de eficiência (forma da secção e espaçamento das cintas)
(no caso de pilares rectangulares com cintas no contorno)
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EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO DO BETÃO À COMPRESSÃO
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CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS
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EMENDA DE VARÕES LONGITUDINAIS
- emenda através de soldadura topo a topo
- emenda por sobreposição simples
- emenda por sobreposição lateral dupla
- emenda por sobreposição com uma cantoneira
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−−−− Necessidade de amarrar eficazmente varões no menor comprimento possível
Selagem com resina epóxi
AMARRAÇÃO DE VARÕES
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Referência - HILTI
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•••• Amarração de varões
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Referência - HILTI
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•••• Amarração de varões
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Referência - HILTI
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•••• Amarração de varões
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Referência - HILTI
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•••• Ligação betão-betão com conectores
Conector tradicional
Comportamento adequado para a ligação - ductilidade
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Comportamento adequado para a ligação - ductilidade
Referência - HILTI
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•••• Ligação betão-betão com conectores
Exemplo – Reforço do tabuleiro de uma ponte
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Referência - HILTI
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•••• Ligação betão-betão com conectores
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Referência - HILTI
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•••• Ligação betão-betão com conectores
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Referência - HILTI
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COMPORTAMENTO DE PILARES REFORÇADOS SUJEITOS A ACÇÕES CÍCLICAS
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Ref - A. Gomes, IST
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Pilar reparado
Varões emendados por soldadura
Pilar reforçado por encamisamento
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Pilar reparado (P1R)
Pilar reforçado (P2R)
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Pilar reforçado (P2R)
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Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estruturas
Modelo P1R Coeficiente de monolitismo
Modelo P2R Coeficiente de monolitismo
Rigidez 0.69 Rigidez 0.90
Força máxima 0.96 Força máxima 0.98
Energia dissipada 0.91 Energia dissipada 0.62
Ductilidade 1.00 Ductilidade 0.88
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Reforço dos pilares de uma ponte
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Reforço dos pilares por encamisamento
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Teste piloto
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Aspecto final dos pilares
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REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR
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���� Alteração do sistema estrutural
���� Aumento da capacidade resistente
���� Correcção do comportamento em serviço
Aplicação
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Exemplos – Alteração do sistema estrutural
Eliminar um apoio
Introduzir um apoio elástico
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Alterar o sistema de pilares
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Exemplos – Corrigir comportamento deficiente
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Controlo da fendilhação e deformação
Aumento da capacidade resistente
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Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no reforço do tabuleiro de uma ponte em caixão
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g + q
PP
g, q
γγγγ g + γγγγ q’
Efeito do Pré-esforço
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γγγγg g + γγγγq q
γγγγg g + γγγγq q’
g
g + P
(N = P; ∆σP)
P
(1)
(2)
δδδδ
Estrutura inicial
Estrutura reforçada
(1) Antes do reforço
(2) Após o reforço
� Aumento da capacidade de carga
� Melhoria do comportamento em serviço
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Méto
do
s d
e a
nális
e
Análise da secção
Análise da estruturaesforço como elementos estruturais)
Métodos simplificados(cargas equivalentes)
Reab
ilitação
e R
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stru
tura
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ma d
eF
orm
ação
Avan
çad
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En
gen
haria
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stru
tura
s
Análise da estrutura(cabos de pré-esforço como elementos estruturais)
Métodos simplificados(cargas equivalentes)
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Pré-esforço exterior (não aderente)
Dimensionamento
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Pré-esforço interior (aderente)
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Tensões antes do reforço Tensões após do reforço
Exemplo
Reforço com Pré-esforço exterior
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Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
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Ancoragem dos cabos
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Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
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Exemplo de reforço com pré-esforço exterior
Desviadores
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Ancoragens
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Exemplo – Reforço com Pré-esfprço
ALÇADO
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PILAR P7 E P8 - CORTE TRANSVERSALPRÉ-ESFORÇO
PILAR P7 E P8 - PLANTA AO NÍVEL DO TABULEIROPRÉ-ESFORÇO
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Exemplo
PILARES P7 e P8(EXISTENTE)
PILARES P7 e P8REFORÇO DA SAPATA
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POR ENCAMISAMENTO
PILARES P7 e P8REFORÇO DO PILAR
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ExemploLOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇOCORTE
LOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇOPLANTA
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ExemploCORTE
LOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇO
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PLANTA
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Exemplo:
Reforço de Pilastras
para a acção sísmica
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Exemplo
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