Tecnicas reforço de estruturas

Reabilitação e Reforço de Estruturas
REABILITAÇÃO E REFORÇO
DE ESTRUTURAS
1/2152011/2012
Júlio Appleton; António Costa
Instituto Superior Técnico
DE ESTRUTURAS

REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO
Enquadramento
Avaliação do comportamento da
estrutura
2/2152011/2012
Concepção e dimensionamento
do reforço
Tipos de reforço estrutural

Enquadramento
estrutura
3/2152011/2012
do reforço

A intervenção numa estrutura existente com o objectivo de melhorar ou corrigir o seu
comportamento estrutural está geralmente associada às seguintes situações:
−−−− Alteração das acções actuantes
Ex: −−−− Aumento das acções actuantes devido a uma nova utilização
−−−− Adequação do nível de segurança da estrutura para as acções especificadas
na nova regulamentação (p.e. sobrecargas rodoviárias e ferroviárias)
−−−− Alteração geometria da estrutura ou modificação do sistema estrutural
4/2152011/2012
Ex: necessidade de eliminar elementos estruturais
−−−− Correcção de anomalias associadas a deficiências de projecto de
execução ou de exploração
Ex: −−−− Deficiente capacidade resistente para as acções previstas
−−−− Deficiente comportamento em serviço (fendilhação, deformação, vibração,...)
−−−− Danos causados por uma utilização não prevista da estrutura.
−−−− Aumento do nível de segurança
Ex: - melhorar o comportamento estrutural para a acção sísmica de obras antigas

Principais dificuldades
−−−− Informação relativa ao projecto, execução e exploração das obras difícil de obter e
frequentemente inexistente.
−−−− Com excepção de alguns tipos de intervenção, verifica-se uma ausência genérica de
regulamentação sobre reforço de estruturas.
−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de forma integrada o projecto e execução
5/2152011/2012
−−−− Ausência de documentação de apoio que trate de forma integrada o projecto e execução
do reforço nas suas diversas componentes: metodologias de intervenção,
dimensionamento, procedimentos de execução, especificação e controlo de qualidade.
−−−− Dificuldades relativas à análise estrutural e avaliação da segurança das obras a reforçar e
ao dimensionamento do próprio reforço.
−−−− Em obras de reforço cada caso constitui uma situação particular com as suas próprias
especificidades, sendo raro encontrar na literatura situações semelhantes.

Enquadramento Geral de uma Intervenção de Reforço
Avaliação da situação
Inspecção – Registo e análise das anomalias
Avaliação do comportamento estrutural
Diagnóstico – Causas e explicações das anomalias
Definição dos objectivos a atingir com a intervenção
6/2152011/2012
Definição dos objectivos a atingir com a intervenção
Tipos de Intervenção
Demolição Total ou Parcial
Limitar o Uso
Substituir ou Introduzir Novos Elementos
Reparar os Elementos Danificados
Reforçar os Elementos Existentes

1 −−−− Recolha de informação
Elementos do projecto
Desenhos
Cálculos
Especificações técnicas
Controlo de qualidade
7/2152011/2012
Elementos de Obra
Exploração da Obra
Controlo de qualidade
Livro de registo de obra
Alterações ao projecto
Planos de betonagem
….
Acções actuantes
Manutenção e reparação
….

2 −−−− Inspecção Visual
Exame visual da superfície do betão
qualidade do betão
defeitos de execução
fendilhação
deformação
deterioração
8/2152011/2012
Percepção do funcionamento estrutural
Registo de danos
erros de concepção e execução
deficiente utilização
tipos de apoios
….
danos estruturais
deterioração do betão
corrosão das armaduras
….

3 −−−− Inspecção detalhada
Dependendo do tipo e extensão das anomalias observadas pode ser necessário
efectuar uma inspecção visual mais minuciosa e realizar diversos tipos de
ensaios.
9/2152011/2012
Principais aspectos a analisar:
•••• Verificação das dimensões dos elementos estruturais (relação projecto/obra)
•••• Propriedades mecânicas do betão e do aço
•••• Resposta estática e dinâmica da estrutura
•••• Avaliação do nível e tipo de deterioração da obra
•••• Avaliação das condições de fundação

4 −−−− Avaliação da segurança da estrutura
•••• Modelo de comportamento estrutural
−−−− Verificação aos estados limites últimos
−−−− Verificação aos estados limites de utilização
10/2152011/2012
−−−− Verificação aos estados limites de utilização
Analisar duas situações:
−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as exigências para as quais
foi projectada
−−−− Capacidade da estrutura para cumprir as novas exigências de exploração

Enquadramento
estrutura
11/2152011/2012
do reforço

Regulamentação no domínio das acções
1897 – Regulamento para projecto, provas e vigilância das pontes metálicas
1929 – Dec. 16781
REGULAMENTAÇÃO ANTIGA
12/2152011/2012
1929 – Dec. 16781
Regulamento das pontes metálicas
(diversas alterações até 1958)
1961 – Dec. 44041
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes
1983 – Dec. 235/83
Regulamento de Segurança e Acções

Regulamento Sobrecarga Rodoviária
Regulamento das Pontes
Metálicas 1897
Sobrecarga uniforme 400 kg/m2 (l > 30m)
Para l < 30 m: sobrecarga mais elevada numa faixa
com 2.5 m
Veículos de 12 ton com 4 rodas
Regulamento das Pontes
Metálicas 1929
(alterado em 1958)
Sobrecarga uniforme variável com o vão
≥ 500 kg/m2 x coef. dinâmico
400 kg/m2 no passeio
13/2152011/2012
(alterado em 1958)
Veículos de 32 ton (alterado em 1958 para 60/45/30
ton para as classes A, B e C)
RSEP 1961 Sobrecarga uniforme 300 kg/m2
Carga de faca 5 ton/m
Veículos de 60/45/30 ton para as classes A, B e C
(coef. dinâmico 1.2)
RSA 1983 Sobrecarga uniforme 4 kN/m2
Carga de faca 50 kN/m
Veículos de 600/300 kN para as classes I e II

Regulamentação no domínio das estruturas de betão armado
1918 – Dec. 4036 de 28/3/1918
Regulamento para o emprego do beton armado
1935 – Dec. 25948 de 16/10/1935
14/2152011/2012
Regulamento do Betão Armado (RBA)
1967 – Dec. 47723 de 25/5/1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado (REBA)
1983 – Dec. 349-c/83 de 30/7/1983
Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP)

1918
Regulamento para o emprego do beton armado
Dec. 4036 de 28/3/1918
— Preparado pela Associação dos Engenheiros Civis Portugueses
— Necessidade de “regulamentar as construções de beton que tinham uma grande aplicação”
15/2152011/2012
Obrigatoriedade de aprovação do projecto
Betão — dosagem tipo
Princípios básicos do betão armado
Critérios de segurança — Tensões limites admissíveis
Execução de trabalhos — …
Recobrimentos - 20 mm (vigas e pilares em geral)
- 40 mm (protecção contra o ataque da água do mar)

1935
Regulamento do Betão Armado
RBA
Dec. 25948 de 16/10/1935
— Preparado por uma Comissão nomeada pelo Ministério das Obras Públicas e Comunicações
— Análise da Regulamentação Europeia (Reg. Francesa, Belga, Suiça, Italiana, E.U.A., Alemanha, …)
16/2152011/2012
— Análise da Regulamentação Europeia (Reg. Francesa, Belga, Suiça, Italiana, E.U.A., Alemanha, …)
— Bases de Cálculo - Acções (cargas)
- Cálculos de Resistência - Tensões limites e admissíveis
(limites de fadiga)
- Modelação: análise linear
- Lajes - indicações pormenorizadas
- Encurvadura

RBA - 1935
17/2152011/2012

RBA - 1935
18/2152011/2012

1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado
REBA
Dec. 47723 de 20/5/1967
— Preparado por uma Comissão criada no Conselho Superior de Obras Públicas
com base em trabalho preliminar do LNEC
— Nova concepção da verificação da segurança em relação a estados “de ruína”
— Conceitos de valores característicos, …
19/2152011/2012
— Novos tipos de aços
A24/A40/A50/A60
Liso/Nervurado
— Betão - B180 … B400
— Bases de Cálculo
- Cálculo da Resistência - Estados de Rotura
- Modelação - Conceitos de análise não linear,
redistribuição, cálculo plástico
- Evolução nos modelos de
comportamento do betão armado
- Recobrimentos - baixos

20/2152011/2012

1983
Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado
REBAP
— Estruturas Pré-Esforçadas, tratadas de forma unificado (Betão Armado Pré-Esforçado)
— Sistema Internacional de Unidades e Simbologia (ISO3898)
— Conceito de Níveis de Tolerância da Execução dos Trabalhos e Controlo da Qualidade
21/2152011/2012
— Conceito de Níveis de Tolerância da Execução dos Trabalhos e Controlo da Qualidade
— Disposições Construtivas mais detalhadas e Conceito de Estruturas de Ductilidade melhorada
cintagem adequada nos pilares
— E.L.U. do Punçoamento
— Redes Electrosoldadas
— Conceito de durabilidade ainda não suficientemente desenvolvido (assim como recobrimento
insuficientes)

ANÁLISE COMPARATIVA
RBA (1935)
E
REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
22/2152011/2012

RBA (1935)
E
REBAP (1983)
ESFORÇO
TRANSVERSO
23/2152011/2012

ELEMENTOS COM ARMADURAS TRANSVERSAIS
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
REBA (1967)
E
REBAP (1983)
24/2152011/2012
Vcd = τ0 bd
τ0 = 1.5MPa
Vcd = 0.6 τ1 (1.6 – d) bd
τ1 = 0.75MPa
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
REBA
REBAP
V - LAJES
B 300
τ =V
V
τ1,bd
0.6
0.6
0.96
2.0
d [m]
bd

REBA (1967)
E
REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
FLEXÃO COMPOSTA
25/2152011/2012

Regulamento Betões Aços Recobrimentos Cálculo
1918
Regulamento para o Emprego
do Beton Armado
Dec. 4036 de 28/3
dosagem c = 300Kg
ag = 400 l
br = 800 l
σ ≥ 120Kg/cm2
(28d.)
≥ 180Kg/cm2
(90d.)
apiloamento/cura húmida 7 d.
fsu = 3800 a 4600 Kgf/cm2
fsy ≥ fsu/2
εu = 22%
evitar soldaduras
C ≥ 1.5 ∅
2cm (vigas/pil.)
1cm (lajes)
C duplo –junto ao mar
prot. fogo
Tensões (Fadiga)
Limites Admissíveis
1935
Regulamento do Betão
Armado
Dec. 25948 de 16/10
dosagem ≈
σ ≥ 180Kg/cm2
(28d.)
apiloamento ou vibração cura
húmida – 8 d.
fsu = 3700 Kgf/cm2
fsy ≥ 0.6 fsu
εu = 24%
evitar soldaduras
lajes viga/pil.
C ≥ 1.0 1.0
1.5 2.0 (ar livre)
2.0 Líquidos, ∆t
4.0 – ág. mar
Tensões Admissíveis
1967
Regulamento de Estruturas de
B180/225/300/350/400
f (Kgf/cm2
)
A24/A40/A50/A60
f Kgf/mm2
4cm ≥ C ≥ ∅
1.0
Estados Limites
26/2152011/2012
Betão Armado
Dec. 47723 de 20/5
fck (Kgf/cm2
)
+ RBLH (Dec. 404/71 de 23/6)
Betões Tipo B/BD
fsk Kgf/mm2
(Liso/Nervurado)
+ Doc Homol – LNEC
1.0
2.0 – ñ.protegid
C↑ – corrosão/fogo ...
+ RSEP (Tipo I/II)
1983
Betão Armado e Pré-
Esforçado
Dec. 349 – c/83 de 30/7
B15/...B55
fck (MPa)
+ RBLH –cura húmida
controlo A/C
...
A235/A400/A500
fsk (MPa)
+ Esp – LNEC
Tipo Ambiente
Pouco agress - 2.0
Moder agress - 3.0
Muito agress - 4.0
B↑ C↓
Estados Limites
+ RSA
2008
Eurocódigo 2 – Parte 1
Projecto de Estruturas de
Betão
DNA
C12/15; ... C90/105
fck (MPa) cil/cubos
+ EN 206
A400/A500
+ Esp – LNEC
+ EN 10080 e 10138
Classes Exposição X0;
XC; XS; XD; XF; XA
C = 15 a 65mm
Qualidade do betão de
recobrimento
Estados Limites
+ EC1/EC8

E.L. Utilização
Modelo elástico linear com K ajustado
E.L. Últimos
ELÁSTICO LINEAR
S
MODELOS DE ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
27/2152011/2012
Modelo elástico linear
Modelo elástico linear com redistribuição
de esforços
Modelo plástico
Modelo não linear
PLÁSTICO
NÃO LINEAR
LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS
δδδδ
LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS
NÃO LINEAR

ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOSExemplos:
E2
28/2152011/2012
E1

ANÁLISE PLÁSTICA – Carga última de uma vigaExemplos:
29/2152011/2012

ANÁLISE PLÁSTICA
Carga última de uma laje
Exemplos:
30/2152011/2012

Exemplo: Avaliação da segurança do tabuleiro de uma ponte
31/2152011/2012
VIGAS
LONG.

Anomalias
32/2152011/2012

Análise estrutural – Verificação da segurança
– Momentos flectores - Análise elástica (carga permanente)
-200 KNm 327 KNm -628 KNm
33/2152011/2012
736 KN
-787 KN
– Esforços axiais - Análise elástica

Análise estrutural – Verificação da segurança
-390 KNm
0 KNm
-1167 KNm
– Momentos flectores - Análise elástica c/ redistribuição de esforços
34/2152011/2012
– Esforços axiais - Análise elástica c/ redistribuição de esforços
836 KN
-911 KN

Análise Não Linear
Modelo de Elementos Finitos
35/2152011/2012
– Fendilhação (carga permanente)

– Momentos flectores [MNm] (carga permanente)
-2.557E-02
-2.891E-01
7.120E-02
6.145E-02
9.742E-02
-6.697E-01
-1.254E-01
-4.216E-01
1.419E-01
-1.906E+00
2.438E-02
-2.720E-02
-2.476E-02
-6.362E-01
-5.727E-01
4.664E-02
-1.786E-01
– Esforços axiais [MN]
36/2152011/2012
-4.216E-01
1.419E-01
2.438E-02
7.210E-01
7.195E-01
7.241E-01
5.712E-01
6.136E-01
4.626E-01
4.976E-01
-6.384E-05
2.650E-03
7.506E-04
1.215E-03
9.181E-05
2.351E-04
6.001E-06
7.390E-05
-1.102E+00
-1.521E-01
-6.843E-01
-6.828E-01
-6.853E-01
-6.790E-01
-6.801E-01
-6.764E-01
-6.794E-01
-1.858E-01
4.890E-02
-2.759E-01
-2.306E-01

Análise Não Linear – avaliação da capacidade de carga
- Configuração de rotura (CP + 1.7 x VT)
VT
37/2152011/2012

Consideração do efeito do nível de danos na avaliação da segurança
[CEB-Bul. 162]
•••• Método simplificado
Em função do tipo e nível de danos da estrutura são estabelecidos coeficientes
empíricos para redução da resistência e rigidez:
38/2152011/2012
Coeficiente rR e rk
rR =
Rres
Ri
rk =
Kres
Ki
Rres – resistência residual
Ri – resistência inicial
Kres – rigidez residual
Ki – rigidez inicial

rR
= R res / R i
Construção
Nível A Nível B Nível C Nível D
Nova 0.95 0.75 0.45 0.15
Antiga 0.80 0.60 0.30 0
rK = K res / K i = 80% rR
Danos provocados
por sismos
Danosligeiros
39/2152011/2012
DanosligeirosDanosseveros
Níveis de danos nos pilares

•••• Nível A – fissuras de flexão isoladas com larguras inferiores a 1 – 2 mm, desde que um
cálculo simples demonstre que estas fissuras não são devidas a deficiência da armadura
para as acções de dimensionamento, mas sim devidas a efeitos localizados (juntas de
construção, restrições devidas a paredes divisórias, choques ligeiros, acções térmicas
iniciais, retracções, etc.).
•••• Nível B – várias fissuras de flexão largas, ou fissuras de corte diagonais isoladas com
larguras inferiores a cerca de 0.5 mm, não existindo deslocamentos residuais.
•••• Nível C – fissuras de corte bi-diagonais e/ou esmagamento localizados no betão devidos a
Danos provocados por sismos
40/2152011/2012
•••• Nível C – fissuras de corte bi-diagonais e/ou esmagamento localizados no betão devidos a
corte e compressão, não existindo deslocamentos residuais apreciáveis; ocorrência de
fendilhação em nós de ligação viga/pilar.
•••• Nível D – rotura do núcleo de betão do elemento, encurvadura dos varões (o elemento
perdeu a continuidade mas não colapsou), existindo apenas pequenos deslocamentos
residuais (verticais e horizontais); ocorrência de danos severos em nós de ligação
pilar/viga.
•••• Nível E – colapso parcial de um ou mais elementos verticais.
Nota: se as condições relativas aos deslocamentos residuais não forem cumpridas num dado
nível de dano, este é aumentado para o nível seguinte.

rR
= R res / R i
Construção
Nova 0.95 0.80 0.65 0.40
Antiga 0.90 0.75 0.60 0.30
rK = K res / K i = 80% rR
Danos provocados
por incêndios
Danosligeiros
41/2152011/2012
DanosligeirosDanosseveros
Níveis de danos nos pilares

Danos provocados por incêndio
•••• Nível A – sem danos, excepto algum descasque mínimo do acabamento e/ou do betão.
•••• Nível B – acabamento bastante afectado, algum descasque do betão; microfissuração
generalizada da superfície do betão e eventual cor rosada, o que dependerá dos
agregados.
•••• Nível C – arranque generalizado do acabamento, descasque significativo do betão e
eventual cor cinzento avermelhado/esbranquiçado; os varões ainda estão aderentes ao
betão, sem que mais que um varão no caso de pilares ou até 10% da armadura principal
42/2152011/2012
betão, sem que mais que um varão no caso de pilares ou até 10% da armadura principal
no caso de vigas e lajes, tenha encurvado.
•••• Nível D – danos severos, descasque generalizado do betão deixando à vista
praticamente toda a armadura; o betão possui uma cor amarelo acastanhado; mais do que
um varão no caso de pilares ou até 50% da armadura principal no caso de vigas e lajes
encurvou, podendo existir distorção dos pilares; eventuais fissuras de corte com poucos
mm de largura dos pilares; eventuais fissuras de flexão/corte com vários mm de largura
nas vigas e lajes e possíveis flechas apreciáveis.
•••• Nível E – colapso parcial de elementos verticais.

Danos provocados por corrosão de armaduras
•••• Nível A – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudinal, perda de secção de
armadura ≤≤≤≤ 1%.
•••• Nível B – manchas de ferrugem, alguma fendilhação longitudinal e transversal, algum
descasque do betão, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 5%.
•••• Nível C – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque significativo do betão,
perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 10%.
•••• Nível D – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas
zonas deixando a armadura à vista, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 25%, eventuais
43/2152011/2012
zonas deixando a armadura à vista, perda de secção da armadura a ≤≤≤≤ 25%, eventuais
deslocamentos residuais.
•••• Nível E – manchas de ferrugem, fendilhação extensa, descasque do betão em algumas
zonas deixando a armadura à vista, encurvadura da armadura em pilares, rotura de
algumas cintas e estribos, deslocamentos residuais nítidos.
rR = Rres/RiIdade do
Betão
Novo 0.95 0.80 0.60 0.35
Velho 0.85 0.70 0.50 0.25
rk = Kres/Ki = 80% rr

Classificação dos elementos estruturais
[CEB – GTG21]
Coeficiente de capacidade: φφφφ =
R'
d
S'
d
R'
d
S'
d
– Esforço residual resistente
– Esforço actuante
44/2152011/2012
−−−− Não aceitáveis φφφφ ≤≤≤≤ 0.5 é necessário intervir de imediato
−−−− Não reparáveis φφφφ << devem ser demolidos
Em função da importância e tipo de utilização da estrutura e do nível de danos verificado
serão definidos os tipos de intervenção a implementar.
−−−− Aceitáveis φφφφ ≥≥≥≥ 1
−−−− Toleráveis 0.5 < φφφφ < 1 são aceitáveis sob certas condições, tendo em atenção aspectos
sociais, históricos e económicos. No caso de estruturas correntes a
reparação/reforço deverá ser realizada dentro de 1 a 2 anos.

Aspectos a considerar :
Reforço Selectivo
Minimizar a intervenção explorando de forma eficiente a ductilidade e a
Concepção da Intervenção
Concepção e Dimensionamento do Reforço
45/2152011/2012
capacidade resistente da estrutura

Dimensionamento do Reforço
Métodos simplificados
Método dos coeficientes globais
Concepção e Dimensionamento do Reforço
46/2152011/2012
Modelos numéricos completos
- simulação das tensões iniciais dos materiais existentes
- simulação dos mecanismos de transferência de tensões entre os materiais
de reforço e os existentes

1 −−−− Determinação da resistência como se a estrutura fosse monolítica e
sem danos: Ri
2 −−−− Aplicar coeficiente de monolitismo γγγγn,R : Rr = γγγγn,R Ri

Valores a título indicativo função da tecnologia de reforçoγγγγn,R
47/2152011/2012


Valores a título indicativo função da tecnologia de reforço
Responsabilidade do projectista
γγγγn,R
3 −−−− Verificar a ligação entre o material de reforço e o elemento existente
ττττSd ≤≤≤≤ ττττRd
σσσσSd ≤≤≤≤ σσσσRd

MODELO DE COMPORTAMENTO
ESTADO LIMITE ÚLTIMO DE FLEXÃO
48/2152011/2012
VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA: Msd < M’rd = Mrd + ∆∆∆∆ Mrd
M’rd = γγγγ n,R Mrd (As + Asr)Método coeficientes globais

MODELO DE COMPORTAMENTO
E. L. ÚLTIMO DA LIGAÇÃO DA ARMADURA DE REFORÇO À ESTRUTURA
O dimensionamento pode ser
realizado adoptando um modelo
plástico ou modelo elástico
dependendo da ductilidade da
ligação
49/2152011/2012
Modelo elástico
4FSR
l0Modelo plástico

B
A
ττττ
Tensões de corte na
interface
Avaliação das tensões na interface da ligação
Modelo elástico
50/2152011/2012
p2 (x3)
x1
x2
As
x2
x3
A
B
p2 (x3)
bI
SV
στ
1
0,12
23 ==
zb
V
b
f
τ 2
==
Hipótese
Linha Neutra acima da Interface
• A0 é a área da secção acima da interface;
• S0,1 é o momento estático da área A0 em relação ao eixo x1;
• I1 é o momento de inércia da secção em relação ao eixo x1.

1. Ligação entre superfícies de betão existente/betão novo sem conectores
•••• Aplicação restrita
−−−− Ausência de tracções
−−−− Tensões de corte baixas
−−−− Carregamentos monotónicos
−−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da zona de ligação
Dimensionamento das ligações
51/2152011/2012
−−−− Necessidade de colocar conectores no perímetro da zona de ligação
•••• Requer um nível de controlo de qualidade elevado
−−−− Preparação de superfícies
−−−− Composição do betão – baixa retracção
−−−− Cura do betão
A ligação é feita por ADERÊNCIA
Aderência
Adesão (natureza química)
Atrito (natureza física)

Adesão
ττττrd,a = ηηηη f'ctd
f'ctd – tensão de rotura à tracção do betão existente
ηηηη = 0.25 a 1.0 consoante o tipo de superfície [EC8-part 1.4, 1995]
ηηηη = [MC90]
0.2 superfícies lisas
0.4 superfícies rugosas
Atrito
52/2152011/2012
Atrito
Interfaces lisas ττττRd,f = 0.4 σσσσcd
[MC90; EC8]
Interfaces rugosas ττττRd,f = 0.4 (fcd )4/3
(σcd)2/3
σσσσcd – tensão de compressão na interface
As parcelas de adesão e atrito não devem ser somadas
directamente com os seus valores máximos pois envolvem
deslizamentos diferentes na interface.
ATRITO
ADESÃO
S (deslizamento)
ττττ

2. Ligações entre superfícies de betão existente/betão novo com conectores
•••• Ligação mais fiável
Mecanismos de resistência
−−−− Adesão
−−−− Atrito
−−−− Efeito de costura dos conectores
−−−− Resistência ao corte dos conectores
ττττRd = ηηηη f’ctd + µµµµ (σσσσcd + ρρρρb fsyd,b) ≤≤≤≤ 0.25 f’cd
[MC90]
53/2152011/2012
atrito efeito de
costura
τ σn
w
s
τ
σs
σs
σn
ρρρρb ≥≥≥≥ 0.10% percentagem da área dos conectores
s – Deslizamento entre Faces
w – Afastamento entre Faces
τ – Tensão de Corte na Interface
σs – Tensão de tracção nas Armaduras Transversais à Interface
σn – Tensão de Compressão sobre a Interface.
Efeito de Costura

vRd,i = c fctd + µµµµ σσσσn + ρρρρb fyd,b (µµµµ sen αααα + cos αααα) ≤≤≤≤ 0.5 νννν fcd
atrito efeito de
costura
[EC2]
αααα
Distribuição da armadura de costura
54/2152011/2012
Tipos de
superfície
Descrição c µµµµ
Muito lisa
Cofragem metálica; plástico; madeira lisa
(Superfícies cofradas) 0.25 0.5
Lisa
Superfícies não cofradas ou com cofragem
rugosa 0.35 0.6
Rugosa
Superfície com rugosidade mínima de
3mm e espaçamento ∼∼∼∼40mm 0.45 0.7
Indentada Indentações com geometria definida (EC2) 0.50 0.9
Para cargas dinâmicas ou cíclicas os valores de C devem ser reduzidos a metade

Resistência ao corte dos conectores
VRd,b = φφφφ2
b [ ]1 + (1.3 εεεε)2 −−−− 1.3 εεεε fcd fsyd.b (1 −−−− ττττ2) <
As.b fsyd.b
3
εεεε = 3
l
φφφφb
fcd
fsyd.b
ττττ =
σσσσs.b
fsyd.b
As,b =
ππππ φφφφ2
b
4
φφφφ – diâmetro do conector
[MC 90]
55/2152011/2012
φφφφb – diâmetro do conector
As,b – área da secção do conector
l – excentricidade da carga
σσσσs,b – tensão de tracção no conector

3. Ligação entre superfícies de betão existente/resina/chapas metálicas
sem conectores
•••• A ligação é feita por ADESÃO
−−−− Adesão resina/betão
−−−− Adesão resina/aço
•••• Aspectos a considerar
56/2152011/2012
• necessário colocar conectores ou outros dispositivos de amarração nas extremidades
das chapas para absorver as forças de arranque que aí se geram
• amarração fora das zonas críticas de potencial formação de rótulas plásticas
• protecção contra o fogo
• controlo de qualidade elevado: preparação de superfícies, resina, injecção ou colagem
ττττrd,g =
f 'ctk
γγγγm
= f 'ctd [CEB GTG21]

Amarração nas extremidades [EC8]
NSd,r = As,r fsyk ≤≤≤≤ NRd,g + NRd,b,n
NRd,b,n ≥≥≥≥ max





Nsd.r -
2
3
NRd.g
Nsd.r
2
57/2152011/2012
NRd.g = lg b f 'ctd
lg – comprimento da amarração
b – largura da chapa
NRd,b,n = n NRd,b
n – número de conectores

4. Ligação entre superfícies de betão existente/resina/chapas metálicas
com conectores
Chapas metálicas com conectores
•••• Ligação mais fiável
•••• A ligação é feita por: −−−− Adesão resina/betão
−−−− Resistência ao corte dos conectores
ττττRd = ττττRd,g + ττττRd,b
58/2152011/2012
−−−− ττττRd,g = f 'ctd + 0.2 MPa [CEB – GTG 21]
implica →→→→ 2 conectores por secção com espaçamentos ≤≤≤≤ 200mm
Considerando que a mobilização da resistência das parcelas da adesão e conectores envolvem
deslizamentos diferentes:
−−−− ττττRd,b = γγγγn,R
n VRd.b
Ac
VRd,b – resistência ao corte de cada conector
n – número de conectores
Ac – área da interface
γγγγn,R = [0.7] coeficiente de monolitismo
−−−− ττττRd,g ≈≈≈≈ 0.5 Mpa e ττττRd,b =
n VRd.b
Ac
[IST]
Alternativa:

TIPOS DE INTERVENÇÃO DE REFORÇO ESTRUTURAL
Reforço por Adição de
Armaduras Exteriores
Reforço com Encamisamento (Armaduras e Betão/Argamassas)
Metálicas
Fibras de carbono, vidro, aramida
(CFRP; GFRP; AFRP)
59/2152011/2012
Reforço com Encamisamento (Armaduras e Betão/Argamassas)
Pré-esforço Exterior
Substituição por Novos Elementos
Adição de Novos Elementos
Cabos de aço
Laminados de carbono

REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS EXTERIORES
Reforço por colagem de chapas metálicas
60/2152011/2012

Reforço por colagem de chapas metálicas
•••• Campos de aplicação
−−−− Quando há deficiência de armaduras
−−−− O betão é de boa/média qualidade
−−−− É inconveniente o aumento das secções
61/2152011/2012
−−−− O reforço é moderado
−−−− Reforço em vigas ao momento flector e esforço transverso
−−−− Reforço em lajes ao momento flector
−−−− Mais adequado para acções monotónicas
−−−− (Não se aplica no reforço à compressão -tendência das chapas a encurvarem-)
−−−− (Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica)

•••• Aspectos principais da solução
−−−− Rapidez de execução e interferência mínima na utilização da estrutura
−−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fluência para cargas permanentes, mau
comportamento ao fogo e à fadiga
−−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características da resina,
execução dos trabalhos, ...
−−−− Requer empresas e pessoal técnico especializado
62/2152011/2012
−−−− A espessura das chapas varia, em geral, de 3 a 10mm
−−−− O aço deve trabalhar a baixas tensões por forma a não serem necessárias deformações
excessivas para mobilizar a sua capacidade resistente ⇒ Fe 360
−−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por injecção ou por espatulamento
−−−− A ligação deve ser complementada com conectores e as chapas devem ser
convenientemente amarradas nas extremidades
−−−− As chapas devem ser protegidas contra a corrosão e a acção do fogo.

•••• Características médias da resina
−−−− Resistente à compressão 80 a 120 MPa
−−−− Resistência à tracção 40 a 55 MPa
−−−− Resistência à tracção por Flexão 25 a 35 MPa
−−−− Resistência ao corte 12 a 20 MPa
−−−− Adesão Aço-Resina 1 a 6 MPa
−−−− Adesão Betão-Resina 2 a 8 MPa
63/2152011/2012
−−−− Adesão Betão-Resina 2 a 8 MPa
−−−− Módulo de Elasticidade 2 a 17 GPa
−−−− Coeficiente de Poisson 0.27
−−−− Coeficiente de Fluência para uma compressão
de 40 MPa 12
−−−− A espessura da camada da resina de colagem deverá ser a menor possível por forma
a reduzir as deformações a longo prazo por fluência ⇒ (e ≤ 1 a 3 mm)

1 – Escoramento
- Controlar: deformação das secções;
deslocamentos
- Evitar colapsos durante a reparação
2 – Preparação da superfície
garantir ligação adequada entre as chapas e o betão
EXECUÇÃO
64/2152011/2012
a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas;
jacto de areia;
jacto de água de alta pressão
b) limpeza – jacto de água
3 – Colocação das chapas
– furação do betão; colocação dos conectores
4 – Colagem das chapas
– selagem e injecção de resina epóxi

EXECUÇÃO
Preparação de superfícies
Martelo de agulhas
Jacto de areia
65/2152011/2012
Jacto de água

EXECUÇÃO
Jacto de água de alta pressão
66/2152011/2012
Diferentes níveis de preparação de superfície

EXECUÇÃO
Jacto de areia e água
67/2152011/2012

EXECUÇÃO
Colocação e colagem
das chapas
68/2152011/2012

CONTROLO DE QUALIDADE
ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA - BETÃO
69/2152011/2012

CONTROLO DE QUALIDADE
ENSAIO DA LIGAÇÃO RESINA – CHAPA METÁLICA
70/2152011/2012

REFORÇO À FLEXÃO
Recomendações:
71/2152011/2012
SEM CONECTORES COM CONECTORES
ts ≤≤≤≤ 4mm ts ≤≤≤≤ 12mm
tg ≤≤≤≤ 2mm tg ≤≤≤≤ 2mm
50 ≤ bs ≤ 300mm
As,r ≤≤≤≤ 3/4 As,i
∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ 0.5 MRd,i ∆∆∆∆MRd,r ≤≤≤≤ MRd,I
La,min ≥≥≥≥ bs ; 200mm
γγγγn,k = γγγγn,M = 1.0 γγγγn,k = 0.9; γγγγn,M = 1.0
80 ≤ bs ≤ (300mm)

REFORÇO À FLEXÃO - Dimensionamento
Modelo de comportamento
72/2152011/2012
admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:
Coeficientes de monolitismo: γγγγn,M = 1.0 (γγγγn,k = 0.9)
Mrd ≈≈≈≈ As,eq 0.9 deq fyd,i = fyd,i






As,i 0.9 di + As,r 0.9 dr
fyd,r
fyd,i
Mrd = As,eq Zeq fyd,i = As,i Zi fyd,i + As,r Zr fyd,r
As,r =





fyd,i
fyd,r 





As,eq
deq
dr
−−−− As,i
di
dr

Verificação da ligação
73/2152011/2012
Distribuição plástica das tensões de aderência
•••• Ligação sem conectores
FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ ττττrd bs
L
2
ττττRd ≤≤≤≤ fctd
•••• Ligação com conectores
FSd = As,r fsyd,r ≤≤≤≤ n VRd,b + ττττRd bs
L
2
ττττRd ≈≈≈≈ 0.5 MPa
Mais ancoragem das chapas nas
extremidades

REFORÇO AO ESFORÇO TRANSVERSO
Recomendações:
hshs
74/2152011/2012
SEM CONECTORES COM CONECTORES
ts ≤≤≤≤ 3 mm ts ≤≤≤≤ 8 mm
tg ≤≤≤≤ 2 mm tg ≤≤≤≤ 2 mm
hs ≥≥≥≥ 100 ts hs ≥≥≥≥ 100 ts
∆∆∆∆VSd ≤≤≤≤ 1/2 Vsd,i

Verificação da segurança de vigas ao esforço transverso
Vsd ≤≤≤≤ Vmax
rd = 0.6 fcd bz sen θθθθ cos θθθθ
Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )Vrd,i + Vrd,r
75/2152011/2012
Vrd = γγγγn,v






0.9 di
Asw,i
s
cotg θθθθ fyd,i + 0.9 dr
Asw,r
s
cotg θθθθ fyd,r
Coeficiente de monolitismo γγγγn,V = 0.9

Soluções de reforço
76/2152011/2012

REFORÇO DE PILARES
Pormenores de ligações
77/2152011/2012
Pormenores de ligação
das armaduras nos nós

REFORÇO DE PILARES
Ligação das armaduras à fundação
78/2152011/2012
Verificação da Segurança
As,eq = As,i + As,r
fyd,r
fyd,i
Coeficiente de monolitismo: γγγγn,V = 0.9

ENSAIO
79/2152011/2012
MRd
(KNm)
MR,i
(KNm)
MR,r2
(KNm)
Mu
(KNm)
1561.2 1034.9 2777 2760

REFORÇO DE ESTRUTURAS COM FRP
80/2152011/2012

−−−− Quando há deficiência de armaduras
−−−− O betão é de boa/média qualidade
−−−− O aspecto estético é importante
−−−− O reforço é moderado
81/2152011/2012
−−−− Reforço em lajes ao momento flector
−−−− Reforço de pilares por confinamento do betão
−−−− Acções monotónicas em vigas e lajes
−−−− Não se aplica no reforço à compressão excepto no reforço por confinamento do
betão
−−−− Pouco eficaz para o reforço à acção sísmica excepto no que se refere ao
aumento da ductilidade

−−−− Interferência mínima na utilização da estrutura
−−−− Susceptibilidade à exposição solar, problemas de fluência para cargas permanentes,
mau comportamento ao fogo e à fadiga
−−−− Requer elevado controlo de qualidade: preparação de superfícies, características de
resina, execução dos trabalhos, ...
−−−− Requer empresas e pessoal técnico especializado
82/2152011/2012
−−−− O reforço é realizado com laminados ou mantas
−−−− A colagem é feita com resina epóxi aplicada por espatulamento ou a rolo
−−−− Resistência à tracção muito superior à do aço, ausência de corrosão, baixa densidade,
dimensões contínuas
−−−− Grande rapidez e facilidade de execução

Material Módulo de
Elasticidade [GPa]
Tensão de Rotura
[MPa]
Extensão Última
[%]
Carbono
Alta resistência
Res. ultra elevada
E elevado
E ultra elevado
215 – 235
215 – 235
350 – 500
500 – 700
3500 – 4800
3500 – 6000
2500 – 3100
2100 – 2400
1.4 – 2.0
1.5 – 2.3
0.5 – 0.9
0.2 – 0.4
Vidro
E 70 1900 – 3000 3.0 – 4.5
MATERIAIS
FIBRAS
83/2152011/2012
E
S
70
85 – 90
1900 – 3000
3500 – 4000
3.0 – 4.5
4.5 – 5.5
Aramida
E baixo
E elevado
70 – 80
115 – 130
3500 – 4100
3500 – 4000
4.3 – 5.0
2.5 – 3.5
LAMINADOS
Incorporam cerca de 50 – 70% de fibras
(em volume)
Espessura: 1.2 – 1.4mm
Ef = 150 / 200 / 300 GPa
MANTAS
Incorporam cerca de 25 – 35% de fibras
Espessura: 200 g/m2 – 0.111mm
300 g/m2 – 0.167mm
Ef = 240 / 390 / 640 GPa

LAMINADOS
84/2152011/2012

MANTAS
85/2152011/2012

REFORÇO À FLEXÃO E ESFORÇO TRANSVERSO
LAMINADOS
86/2152011/2012
LAMINADOS
E MANTAS

Tipos de Rotura
Arrancamento na zona de ancoragem
Reforço à Flexão
87/2152011/2012
Arrancamento devido a fendas de corte

Arrancamento nas fendas de flexão
88/2152011/2012
Outros tipos de rotura
Arrancamento devido a Imperfeições no suporteRotura por corte na extremidade do reforço

DIMENSIONAMENTO
Documentos de referência:
•••• Bulletin 14 – fib
•••• Bulletin 55 – Concrete Society
•••• ACI 440
•••• Japanese Standard
•••• ISIS - Canadá
•••• S&P
89/2152011/2012
•••• S&P
Bases para o dimensionamento:
•••• Modelos analíticos ou semi-empíricos
•••• Calibração dos modelos com trabalhos experimentais
•••• Hipóteses semelhantes às utilizadas em B.A.
•••• Filosofia de verificação baseada em Estados Limites

DIMENSIONAMENTO
Coeficientes de Segurança
Bulletin 14 – FIB
ACI 440 –2000
Factores de segurança γM
CFRP 1,351,2
Tipo de sistema
FRP
SistemasSistemas
Pré-fabricados "in situ"
90/2152011/2012
ACI 440 –2000
Os valores nominais da resistência à flexão, Mn e ao corte, Vn são ainda multiplicados
por um factor φφφφ
⇒ Kglobal ≈≈≈≈ 0.8 ⇒ γγγγM ≈≈≈≈ 1.25
Factor CE
Sistemas CFRP
0,95
0,85
0,85Ambientes agressivos
Quadro 3.2 - Valores de CE (ACI 440-2000)
Condições de exposição
Ambientes interiores
Ambientes exteriores

DIMENSIONAMENTO
Zonas afastadas da ancoragem
Limitação da extensão última das fibras de CFRP
εf,lim ≤ 0.65% a 0.85%
Zona de ancoragem
As
fib – bulletin 14 - Abordagem 1
91/2152011/2012
As
Af
Af Ef
εf,lim
ctm
ff
máxb,
f2
tE
l
×
×
=
ctmffcbfmáxm,
ftEKKb0,64αT ××××××××××××××××××××××××××××====
[mm]

αααα = 0.9 – 1.0 - factor de redução que tem em conta a influência das fendas de corte
na resistência da aderência (αααα =1 em lajes e vigas com resistência inicial ao
esforço transverso suficiente)
Kb - factor que tem em conta a influência da geometria da zona de ancoragem
1≤≤≤≤ Kb ≤≤≤≤1.29
bf / b ≥≥≥≥ 0.3
)400/b1/()b/b-(21,06K ffb
++++××××====
92/2152011/2012
Kc Condições Exemplo
1 Muito boas Condições de laboratório
0.85 – 0.95 Boas Ambientes fechados, boas condições de trabalho
0.75 – 0.85 Normais Ambientes abertos, boas condições de trabalho
0.65 – 0.75 Más Ambientes poeirentos, húmidos, más condições de trabalho

Ensaios de ancoragens de laminados
93/2152011/2012
Existe um comprimento de ancoragem máximo a partir do qual a força
resistente da ancoragem não aumenta mais

Abordagem 1 – Outros documentos
•••• S&P, 2008
εf,lim = 0.75% para Ef = 150 Gpa
εf,lim = 0.65% para Ef = 200 Gpa
•••• Japanese standard
εf,lim = 0.4 a 0.8% depende de Ef
94/2152011/2012
•••• ACI 440
para n Ef tf ≤ 214000
para n Ef tf ≥ 214000
Reforços com maior rigidez, ⇒ menor εf,lim
ε
428000
tnE
1ε fu
ff
limf, ×−=
ε
tnE
107000
ε fu
ff
limf,
×=

Abordagem 1
•••• Método baseado em observações experimentais
•••• Não considera as propriedades do CFRP (espessura e área de colagem), do betão,
espaçamento entre fendas, etc
95/2152011/2012
•••• Diferentes autores ⇒ diferentes valores sugeridos
•••• Apenas o ACI têm explicitamente em conta a rigidez dos sistemas CFRP
•••• Zona de ancoragem ⇔⇔⇔⇔ Método calibrado apenas para sistemas Laminados

• Espaçamento entre fendas de flexão;
• Variação de tensão no CFRP entre duas fendas (∆σ∆σ∆σ∆σfd);
• Comparação com valor admissível da variação de tensão (máx ∆σ∆σ∆σ∆σfd);
96/2152011/2012
•••• É um método fundamentado
•••• Sistemas laminados ε f,lim ≈≈≈≈ 2,6 o/oo
•••• Aplicação prática complexa

Zona de Ancoragem = abordagem 1
Zona de flexão
- εf < εfu - (Extensão última do laminado)
- Tensão de corte na ligação ττττb ≤≤≤≤ fcbd valor limite
- tensão de corte na ligação - ττττb
Armadura fora da cedência: εs < εyd
cbd
d
b
f
EA
1db95.0
V
≤




+
=τ
97/2152011/2012
Armadura em cedência: εs > εyd
Tensão resistente de aderência: fcbd = 1.8 fctk/γγγγc
•••• Expressões de fácil aplicação
•••• Considera um maior número de parâmetros relacionados com o arrancamento: As, Af, Es, Ef, bf e fcbd
•••• Constata-se alguma coerência com o proposto pelo ACI 440
•••• Por vezes conduz a valores com tendência conservativa.
ff
s1s
f
EA
EA
1db95.0 





+
cbd
f
d
b
f
db95.0
V
≤=τ

Reforço à Flexão – Proposta
•••• Zonas afastadas da ancoragem
Limitação da extensão última das fibras de CFRP
εf,lim ≤ 0.65%
Tensão de corte na ligação
ττττb ≤≤≤≤ fcbd
cbd
s1s
f
d
b
f
EA
EA
1db95.0
V
≤






+
=τ
98/2152011/2012
Armadura em cedência: εs > εyd
ff
f
EA
1db95.0 



+
cbd
f
d
b
f
db95.0
V
≤=τ
Tensão resistente de aderência: fcbd = 1.8 fctk/γγγγc
•••• Zona de ancoragem
ctm
ff
máxb,
f2
tE
l
×
×
=
ctmffcbfmáxm,
ftEKKb0,64αT ××××××××××××××××××××××××××××====

Reforço ao Esforço Transverso
Adaptação dos modelos utilizados para armaduras
VRd = Vwd + Vfd
99/2152011/2012
Vwd = (As/s) fyd z cotg θθθθ
Vfd = (2 tf) Ef εεεεfd,e z (cotgθθθθ + cotgαααα ) senαααα
- Armaduras
- Reforço CFRP contínuo

Vfd = (2 tf bf / sf) Ef εεεεfd,e z (cotgθθθθ + cotgαααα ) senαααα
- Reforço CFRP espaçado
100/2152011/2012
Extensão efectiva de cálculo:
εεεεfd,e = εεεεfk,e / γγγγf
γγγγf = 1.2 laminados
γγγγf = 1.35 mantas

(fib – bulletin 14)
•••• εεεεf,e pode ser determinada por:
fu
0.3
ffu
2/3
ef, ε
ρE
f
0.17ε cm
×








×=
Reforço em forma de U
Reforço envolvendo a secção
ρf = (2tf/bw) sen α Reforço contínuo
ρf = (2tf/bw) bf/sf Reforço espaçado
 
56.02/356.02/3
ff
0.3
fcm [MPa]
101/2152011/2012
Proposta: εεεεfk,e ≤ 0.6 %
ACI 440: εεεεfk,e ≤ 0.4 %








××××





××××××××





××××==== −−−−
fu
56.0
ffu
2/3
3
56.0
ffu
2/3
ef,
ε
ρE
f
0.17,10
ρE
f
0.65minε cmcm
0.3
descolamento rotura
Efu [GPa]

Ensaios – sistema laminados L
102/2152011/2012

Beam T3
103/2152011/2012

104/2152011/2012

Sistema laminados L
105/2152011/2012

Reforço de Pilares
106/2152011/2012

Reforço de Pilares por Confinamento do Betão
107/2152011/2012

Aplicação de mantas de
carbono no confinamento
de pilares
108/2152011/2012

Secção tipo do estado actual
Reforço com Mantas CFRP
Pilar com dano originado por corrosão de armaduras
109/2152011/2012
Secção tipo reparada

18,00
20,00
Reforço de pilares por confinamento
do betão – juntas de betonagem
110/2152011/2012
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80
εc (%)
fc(MPa)
1
2
3
3 camadas
2 camadas
1 camada
Sem
reforço

ENSAIOS
Reforço à Flexão
VIGA DE REFERÊNCIA
111/2152011/2012

VIGA REFORÇADA COM LAMINADOS CFRP
112/2152011/2012

VIGA REFORÇADA COM LAMINADOS E MANTAS CFRP
113/2152011/2012

VIGA REFORÇADA COM CHAPAS METÁLICAS E MANTAS CFRP
114/2152011/2012

Montagem do ensaio
115/2152011/2012

Rotura do reforço por corte na ligação
à viga –interface betão/armadura-
116/2152011/2012

Viga reforçada com
laminados e mantas U
117/2152011/2012

Viga reforçada com
chapas metálicas
118/2152011/2012

RESULTADOS DOS ENSAIOS
Gráfico P- δδδδ a meio vão das 4 vigas
240,0
260,0
280,0
300,0
320,0
340,0
360,0
Viga εεεε,máx (x10
-3
)
CFRP 7,4
CFRP + U 8,9
119/2152011/2012
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
200,0
220,0
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0
δδδδ (mm)
P(kN)
CFRP e U
CFRP
Referência
Chapa e U

REFORÇO DE PILARES PARA ACÇÕES CÍCLICAS POR
CONFINAMENTO DO BETÃO COM CFRP
Resposta de um oscilador à acção sísmica
120/2152011/2012
Resposta elástica
Resposta inelástica
Maior confinamento
maior ductilidade
maior capacidade de dissipação

ENSAIOS EXPERIMENTAIS
121/2152011/2012
Ref. – “Comportamento de pilares de betão armado
reparados ou reforçados com encamisamento local”
António Cardoso, IST, 2003

EXECUÇÃO DO REFORÇO
Preparação da superfície
122/2152011/2012
Aplicação do sistema de reforço com mantas de fibras de carbono

Diagramas carga – deslocamento
Pilar de referência
P1
123/2152011/2012
Pilar danificado, reparado com argamassa
e reforçado com duas camadas de fibra de
carbono
P3

Pilar reforçado com duas camadas
de fibra de carbono
P4
124/2152011/2012
Pilar reforçado com quatro camadas
de fibra de carbono
P7

Energia dissipada acumulada [kNm]
125/2152011/2012

REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS
Metodologias
a) Método Indirecto: Aplicação de contra-flecha à estrutura
1) Aplicar força vertical para cima utilizando grandes macacos hidráulicos.
126/2152011/2012
2) Colar o FRP à estrutura.
3) Retirar os macacos hidráulicos.
Não é fácil de controlar o nível de PE instalado
A relação PE instalado vs esforço para aplicar contra-flecha à estrutura em geral não compensa

1) Colar as extrem. do FRP em ancoragens e aplicar o PE num pórtico auxiliar.
Metodologias
b.1)Método Directo: PE do FRP contra uma estrutura auxiliar
127/2152011/2012
2) Aplicar o FRP PE à estrutura. Deixar o pórtico aux. até a resina endurecer.
3) Cortar o FRP PE das ancoragens e transferir o PE para a estrutura.
Fácil de aplicar em pequenas estruturas
Necessita de pórtico auxiliar de grandes proporções em estruturas de grande porte

1) Montar ancoragens na estrutura. 2) Aplicar PE no FRP.
b.2)Método Directo: PE do FRP contra a própria estrutura
Metodologias
128/2152011/2012
As ancoragens são uma vantagem para contrariar o arrancamento prematuro por corte do FRP
Este método só necessita de equipamento mais leve pelo que o torna mais versátil
É o mais promissor para aplicações in situ
Encontrados exemplos de aplicações in situ em: Inglaterra, Suiça, Alemanha, Holanda, EUA, Itália,
Áustria e Coreia

REFORÇO COM LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS
Tecnologia
129/2152011/2012
1. Ancoragem fixa
Chapa de aço ligada ao elemento estrutural por meio de conectores. O laminado é colado à chapa e ao betão
com resina epóxi.
2. Ancoragem móvel
Laminado colado entre duas chapas de aço ligadas por parafusos.
3. Sistema de aplicação do pré-esforço
Macaco hidráulico ligado a uma chapa de aço fixada por conectores ao betão que funciona como elemento de
reacção. Após a aplicação do pré-esforço esta chapa funciona como ancoragem do laminado.

Aspectos Principais
−−−− Equipamento de aplicação do pré-esforço leve e fácil de operar
−−−− Possível aplicar pré-esforço correspondente a alongamentos do laminado da ordem
de 0.4 a 0.6%
−−−− Forças de pré-esforço da ordem de 50 – 100 kN
−−−− Redução das deformações e abertura de fendas nos elementos reforçados (reforço activo)
130/2152011/2012
−−−− Redução das deformações e abertura de fendas nos elementos reforçados (reforço activo)
−−−− Maior exploração da capacidade resistente dos laminados
−−−− Melhor comportamento do reforço devido às ancoragens nas extremidades do laminado
−−−− Aumento de custo do reforço devido às chapas de ancoragem.

ENSAIOS
131/2152011/2012

Resultados
dos ensaios
132/2152011/2012

TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS
PRÉ-ESFORÇADOS
133/2152011/2012

TECNOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS LAMINADOS
PRÉ-ESFORÇADOS
134/2152011/2012

135/2152011/2012

LAMINADOS PRÉ-ESFORÇADOS
NÃO ADERENTES
136/2152011/2012

Aplicação no reforço de uma laje
137/2152011/2012

Ensaio do sistema de pré-esforço S&P
0,145
3,80
4,60
6,00
0,10
0,40
0,70 0,40
0,35
Laminado CFRP
0,220
0,40 0,70
0,35
[m]
Chapas de ancoragem
(400 x 220 x 8 mm³)
8 Buchas metálicas
(M10)
138/2152011/2012

Resultados dos ensaios
139/2152011/2012

Ensaio do sistema de pré-esforço SIKA
140/2152011/2012

141/2152011/2012

REFORÇO DE ESTRUTURAS POR ENCAMISAMENTO
DE SECÇÕES
Aumento da secção transversal através da adição de armaduras suplementares e betão
142/2152011/2012

−−−− 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
143/2152011/2012
−−−− 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

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
144/2152011/2012
a) tornar as superfícies rugosas – martelo de agulhas;
jacto de areia;
jacto de água de alta pressão
b) limpeza – jacto de água

3 - Colocação das armaduras adicionais
(reposição no caso de deterioração das armaduras iniciais)
4 - Betonagem
Materiais: betão
argamassa
Tecnologia de aplicação: Cofrado
Projectado
Aplicação directa (à colher)
145/2152011/2012
(Utilização de resinas de colagem)
50 mm – betão projectado
emin = 70 a 100 mm – betão cofrado
30 a 50 mm – argamassa especial
5 - Cura

Ensaios relativos ao desempenho de diferentes tipos de preparação de
superfície
146/2152011/2012
Martelo de agulhas Martelo de guilho
Jacto de água de alta pressãoJacto de areia e água

80
100
120
140
Poly. (ADS-PS1-Prov_1) Poly. (ADS-PS1-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)
Ligação por adesão
Jacto de areia e água
Martelo de agulhas
147/2152011/2012
0
20
40
60
80
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 agulhas
Martelo de guilho

Materiais de Encamisamento
Materiais de alta qualidade
- elevada resistência à compressão
- boa aderência
- boa trabalhabilidade
- baixa retracção
- compatibilidade de deformações com os materiais iniciais
Betões e argamassas moldados
- materiais à base de ligantes hidráulicos
148/2152011/2012
- materiais à base de ligantes hidráulicos
- materiais à base de ligantes sintéticos (resinas)
• sensibilidade à humidade
• retracção por vezes elevada
• não passivam as armaduras
• baixa resistência ao fogo
• preço elevado
Betões e argamassas projectadas
• fácil de colocar • acabamento irregular
• boa aderência • sujidade
• elevada resistência

Disposição de armaduras adicionais
Reforço de vigas
149/2152011/2012

Amarração dos varões nos nós
150/2152011/2012
Amarração dos varões nos nós

Verificação da segurança de vigas à flexão
Modelo de comportamento
151/2152011/2012
Mrd = γγγγn,M { }Aeq
s zeq
f i
syd = Ai
s zi
f i
syd + Ar
s zr
f r
syd

Aeq
s = Ai
s + Ar
s
f r
syd
f i
syd
zeq =
Ai
s zi
f i
syd + Ar
s zr
f r
syd
Ai
s f i
syd + Ar
s f r
syd
Verificação da segurança de vigas à flexão
Admitindo z ≈≈≈≈ 0.9 d obtém-se:
Mrd ≈≈≈≈ γγγγn,M








Aeq
s 0.9 deq
f i
syd = f i
syd






Ai
s 0.9 di
+ Ar
s 0.9 dr
f r
syd
f i
syd
Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras
152/2152011/2012
Utilização de tabelas correntes de dimensionamento de armaduras
Ar
s =
f r
syd
f i
syd






Aeq
s
deq
dr - Ai
s
di
dr
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 = 1.00
EC 8 (parte 1.4, 1995)

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
153/2152011/2012
Os valores das tensões tangenciais são dados por:
ττττ1 =
Vsd
br zeq
ττττ2 =
Vsd
br zeq
××××
Ar
s f r
syd
Ar
s f r
syd + Ai
s f r
syd
ττττrd,a = ηηηη f'ctd
ηηηη =
[MC90]
0.2 superfícies lisas
0.4 superfícies rugosas

Verificação da segurança de vigas ao esforço transverso
V ≤≤≤≤ Vmax
= 0.6 f bi
zi
sen θθθθ cos θ +θ +θ +θ + 0.50.50.50.5 ∗∗∗∗ 0.6 f (br
- bi
) zr
sen θθθθ cos θθθθ
154/2152011/2012
Vsd ≤≤≤≤ Vmax
rd = 0.6 fcd bi
zi
sen θθθθ cos θ +θ +θ +θ + 0.50.50.50.5 ∗∗∗∗ 0.6 fcd (br
- bi
) zr
sen θθθθ cos θθθθ
Vsd ≤≤≤≤ Vrd = γγγγn,v ( )V i
rd + V r
rd
Vrd = γγγγn,v






0.9 di
A i
sw
s
cotg θθθθ f i
yd + 0.9 dr
A r
sw
s
cotg θθθθ f r
yd
Coeficiente de monolitismo
[Eurocódigo 8 – parte 1.4, 1995]γγγγn,V = 0.80 ; γγγγn,k = 0.75
Recomendação: V
final
Rd
< 2 V
i
Rd

Disposições de armaduras adicionais
Reforço de pilares
155/2152011/2012

Verificação da segurança de pilares
γγγγn,M N = 0.90
156/2152011/2012
- reforço ligeiro:
- reforço significativo:
Af
c < 2 Ai
c
Af
c > 2 Ai
c (a secção inicial é desprezável)

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]
157/2152011/2012
fcd
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)

EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO DO BETÃO À
COMPRESSÃO
158/2152011/2012
CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS

EMENDA DE VARÕES LONGITUDINAIS
- emenda através de soldadura topo a topo
- emenda por sobreposição simples
- emenda por sobreposição lateral dupla
- emenda por sobreposição com uma cantoneira
159/2152011/2012

COMPORTAMENTO DE PILARES REFORÇADOS
SUJEITOS A ACÇÕES CÍCLICAS
160/2152011/2012
Ref - A. Gomes, IST

161/2152011/2012
Pilar reparado
Varões emendados por soldadura
Pilar reforçado por encamisamento

Pilar reparado (P1R)
162/2152011/2012
Pilar reforçado (P2R)

163/2152011/2012
Modelo P1R
Coeficiente de
monolitismo
Modelo P2R
Coeficiente de
monolitismo
Rigidez 0.69 Rigidez 0.90
Força máxima 0.96 Força máxima 0.98
Energia dissipada 0.91 Energia dissipada 0.62
Ductilidade 1.00 Ductilidade 0.88

Reforço dos pilares de uma ponte
164/2152011/2012

Reforço dos pilares por encamisamento
165/2152011/2012

Teste piloto
166/2152011/2012

Aspecto final dos pilares
167/2152011/2012

REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR
168/2152011/2012
Alteração do sistema estrutural
Aumento da capacidade resistente
Correcção do comportamento em serviço
Aplicação

Exemplos – Alteração do sistema estrutural
Eliminar um apoio
Introduzir um apoio elástico
169/2152011/2012
Alterar o sistema de pilares

Exemplos – Corrigir comportamento deficiente
170/2152011/2012
Controlo da fendilhação e deformação

Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no reforço do tabuleiro de uma ponte em caixão
171/2152011/2012

g + q
PP
g, q
Efeito do Pré-esforço
172/2152011/2012
γγγγg g + γγγγq q
γγγγg g + γγγγq q’
g
g + P
(N = P; ∆σP)
P
(1)
(2)
δδδδ
Estrutura inicial
Estrutura reforçada
(1) Antes do reforço
(2) Após o reforço
Aumento da capacidade de carga
Melhoria do comportamento em serviço

Métodos de análise
Análisedasecção
Análisedaestrutura
esforçocomoelementosestruturais)
Métodossimplificados
(cargasequivalentes)
Análisedaestrutura
(cabosdepré-esforçocomoelementosestruturais)
Métodossimplificados
(cargasequivalentes)

Pré-esforço exterior (não aderente)
Dimensionamento
174/2152011/2012
Pré-esforço interior (aderente)

Tensões antes do reforço Tensões após do reforço
Exemplo
Reforço com Pré-
esforço exterior
175/2152011/2012
Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”

Ancoragem dos cabos
176/2152011/2012
Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”

Exemplo de reforço com pré-esforço exterior
Desviadores
177/2152011/2012

Ancoragens
178/2152011/2012

Exemplo de reforço de silos e depósitos com
pré-esforço exterior
179/2152011/2012

REFORÇO DE ESTRUTURAS
PARA A ACÇÃO SÍSMICA
Causas que originam o reforço:
edifícios com valor patrimonial elevado
edifícios estratégicos (hospitais, centrais de telecomunicações, ...)
180/2152011/2012
pontes e viadutos em vias de acesso estratégicas
estruturas dimensionadas com base em regulamentos anteriores
– valor de projecto da acção sísmica inferior ao actual
estruturas com fraca resistência à acção sísmica devido a deficiências
de concepção, projecto e/ou execução

Deficiências observadas no comportamento de estruturas em sismos
anteriores:
cintagem das zonas críticas
resistência e ductilidade do betão confinado
encurvadura dos varões longitudinais
resistência ao esforço transverso – roturas frágeis
181/2152011/2012
amarração das cintas
amarração dos varões longitudinais – emendas nos nós
concepção geral dos edifícios
resistência global insuficiente

Reforço de estruturas para a acção sísmica
Aumento da ductilidade
Redução dos efeitos da acção
182/2152011/2012
Redução dos efeitos da acção:
sistemas de isolamento de base
sistemas de dissipação de energia

Sistemas de isolamento de base
183/2152011/2012
Aparelhos de atrito tipo pendular
Aparelhos de neoprene de alta distorção

Introdução do isolamento
de base em pilares
184/2152011/2012

Introdução do isolamento de base num edifício antigo
185/2152011/2012

Sistemas de dissipação de energia
Amortecedores Viscosos
186/2152011/2012

0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
AceleraçãoSe/ag
2%
5%
10%
15%
20%
30%
Influência do isolamento de
base e do amortecimento
187/2152011/2012
Período T (s)
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Período T (s)
DeslocamentoSDe/ag
2%
5%
10%
15%
20%
30%

Reforço baseado no acréscimo da capacidade resistente
e de ductilidade face à acção sísmica
Cuidados básicos na concepção do reforço
•••• Não aumentar as assimetrias
•••• Não fragilizar zonas da estrutura
•••• Tentar colmatar as deficiências encontradas
188/2152011/2012
O reforço pode ser realizado por:
•••• Introdução de novos elementos resistentes
paredes de betão armado
pórticos de betão armado
pórticos metálicos
•••• Reforço de elementos existentes
encamisamento
adição de chapas ou perfis metálicos

Introdução de novos elementos resistentes
Paredes de betão armado
Têm uma resistência e rigidez elevada
Reduzem a deformabilidade
Fáceis de introduzir junto às paredes de empena ou no núcleo de escadas
Dificuldade na fundação
Pórticos de betão armado
189/2152011/2012
Pórticos de betão armado
Distribuição mais uniforme da resistência
Em geral não se colocam problemas de fundação
Obrigam a intervir num maior número de locais
Pórticos metálicos e sistemas treliçados
Menor acréscimo de massa à estrutura
Maior ductilidade
Podem surgir problemas de fundação

Reforço de elementos existentes
Encamisamento
Bom funcionamento à tracção e compressão
Intervenção trabalhosa e com significativa interferência na utilização da estrutura
190/2152011/2012
Adição de chapas ou perfis metálicos
Menor interferência na utilização da estrutura
Comportamento à compressão menos eficiente
Problema de ligação do reforço nos nós

AUMENTO SIGNIFICATIVO:
DUCTILIDADE
CAPACIDADE DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA
Reforço por confinamento do betão
Aumento da ductilidade e da resistência ao esforço transverso
Influência reduzida na resistência à flexão
Intervenção fácil e com pouca interferência na utilização da estrutura
191/2152011/2012

REFORÇO DE FUNDAÇÕES
Situações tipo:
1. Transformação de edifícios existentes
Ampliação em altura
Aumento de cargas
Supressão de pilares
192/2152011/2012
2. Reforço de fundações deficientes
Degradação da capacidade de suporte do terreno
Sapatas superficiais com área insuficiente
Deterioração ou defeitos em estacas
- apodrecimento de estacas de madeira
- corrosão de estacas metálicas
- estacas mal executadas ou calculadas
3. Escavação para a execução de caves sob o edifício ou em terreno confinante

TÉCNICAS DE REFORÇO DE FUNDAÇÕES
1. Reforço de fundações sem alterar o nível da transmissão das cargas ao terreno
Consolidação das fundações por melhoramento das qualidades mecânicas
do solo de fundação
Consolidação das fundações por aumento da superfície de apoio das sapatas
193/2152011/2012
2. Reforço de fundações por transporte das cargas para um terreno mais resistente
e mais profundo
Poços
Estacas
Micro-estacas
Jet-grounting

Reforço por aumento da superfície das sapatas
Sem aumento de espessura
194/2152011/2012
Com aumento de espessura
Sem aumento de espessura

Reforço sem aumento da superfície das sapatas
195/2152011/2012

Reforço com estacas ou micro-estacas
196/2152011/2012

Reforço da fundação
de paredes de
alvenaria
Reforço com
micro-estacas
197/2152011/2012

Exemplo
198/2152011/2012

Exemplo
199/2152011/2012

Recalçamento de fundações
de paredes de alvenaria
Faseamento da execução
200/2152011/2012

Reforço com estacas
201/2152011/2012
Reforço da fundação com
encamisamento de betão

Anomalias em estacas
202/2152011/2012

Anomalias
em estacas
1
4
3
Ensaios diagrafia sónica
(cross hole)
203/2152011/2012
3
2

Anomalias
em estacas
1
4
3
204/2152011/2012
2

Anomalias
em estacas
205/2152011/2012

REPARAÇÃO DE ESTACAS
206/2152011/2012

Estaca danificada por deficiência
de betonagem
Reparação/reforço com jet-grout
207/2152011/2012

Ensaio prévio
208/2152011/2012
Estaca reforçada

INFRA-ESCAVAÇÃO
REFORÇO DE FUNDAÇÕES
209/2152011/2012
INFRA-ESCAVAÇÃO
Belbetões – Ponte Almirante
Sarmento Rodrigues sobre o
rio Douro

210/2152011/2012

REFORÇO DE LAJES FUNGIFORMES AO PUNÇOAMENTO
211/2152011/2012
Reforço por adição de armaduras
Reforço por espessamento da laje
Reforço por adição de capitel de betão
Reforço por adição de capitel metálico

REFORÇO POR ADIÇÃO DE ARMADURAS
212/2152011/2012

REPARAÇÃO / REFORÇO POR ESPESSAMENTO DA LAJE
213/2152011/2012
Aumento da resistência ao punçoamento
Aumento da resistência à flexão
Redução da deformação

REFORÇO POR ADIÇÃO DE CAPITEL DE BETÃO
214/2152011/2012

REFORÇO POR ADIÇÃO DE CAPITEL METÁLICO
215/2152011/2012

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