7954 Reforco e Reabilitacao de Estruturas de Betao Armado n Intervencoes

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SIRR09 – Seminário Internacional de Reforço e Reabilitação – Ligações Estruturais 1 REFORÇO E REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO – INTERVENÇÕES N. VILA POUCA Prof. Auxiliar FEUP Porto - Portugal ANÍBAL COSTA Prof. Catedrático Univ. Aveiro Aveiro - Portugal XAVIER ROMÃO Assistente FEUP Porto - Portugal VALTER LOPES Engenheiro Civil FEUP Porto - Portugal E. PAUPÉRIO Engenheira Civil IC-FEUP Porto - Portugal RESUMO O presente artigo aborda um conjunto de intervenções de reforço e reabilitação de estruturas de betão armado. Estas intervenções resultaram da necessidade de se aumentar a capacidade de carga destas estruturas, da necessidade de alterações com a incorporação de novos elementos estruturais, e ainda pelo facto das estruturas não apresentarem condições para desempenhar correctamente as funções para as quais foram dimensionadas. Neste contexto, a utilização de elementos metálicos no reforço de estruturas de betão armado revela-se uma solução adequada, em particular nos casos de intervenções em estruturas existentes de unidades industriais. Estas estruturas têm em geral condicionantes específicas que se prendem com os equipamentos industriais instalados e que condicionam de forma significativa as condições de execução em obra. Neste âmbito, são apresentados diversos casos de reforço de estruturas de betão armado aplicados em unidades industriais, tendo diferentes objectivos, nomeadamente o reforço sísmico e o reforço localizado de elementos estruturais resultantes da alteração de equipamentos. Nos casos concretos apresentados, faz-se, para além da abordagem dos aspectos de concepção e das condicionantes que conduziram às soluções de reforço preconizadas, uma descrição detalhada dos aspectos de projecto e de execução. Neste contexto, é dado especial destaque aos aspectos relacionados com a ligação dos elementos metálicos de reforço aos elementos de betão armado existentes. Esta questão assume grande importância neste tipo de intervenções, quer pelos aspectos relacionados com o seu dimensionamento, quer pelos os aspectos relacionados com a sua execução que se pretende que interfira o mínimo possível na laboração das unidades industriais.

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    REFORO E REABILITAO DE ESTRUTURAS DE BETO ARMADO INTERVENES

    N. VILA POUCA Prof. Auxiliar FEUP Porto - Portugal

    ANBAL COSTA Prof. Catedrtico Univ. Aveiro Aveiro - Portugal

    XAVIER ROMO Assistente FEUP Porto - Portugal

    VALTER LOPES Engenheiro Civil FEUP Porto - Portugal

    E. PAUPRIO Engenheira Civil IC-FEUP Porto - Portugal

    RESUMO O presente artigo aborda um conjunto de intervenes de reforo e reabilitao de estruturas de beto armado. Estas intervenes resultaram da necessidade de se aumentar a capacidade de carga destas estruturas, da necessidade de alteraes com a incorporao de novos elementos estruturais, e ainda pelo facto das estruturas no apresentarem condies para desempenhar correctamente as funes para as quais foram dimensionadas. Neste contexto, a utilizao de elementos metlicos no reforo de estruturas de beto armado revela-se uma soluo adequada, em particular nos casos de intervenes em estruturas existentes de unidades industriais. Estas estruturas tm em geral condicionantes especficas que se prendem com os equipamentos industriais instalados e que condicionam de forma significativa as condies de execuo em obra. Neste mbito, so apresentados diversos casos de reforo de estruturas de beto armado aplicados em unidades industriais, tendo diferentes objectivos, nomeadamente o reforo ssmico e o reforo localizado de elementos estruturais resultantes da alterao de equipamentos. Nos casos concretos apresentados, faz-se, para alm da abordagem dos aspectos de concepo e das condicionantes que conduziram s solues de reforo preconizadas, uma descrio detalhada dos aspectos de projecto e de execuo. Neste contexto, dado especial destaque aos aspectos relacionados com a ligao dos elementos metlicos de reforo aos elementos de beto armado existentes. Esta questo assume grande importncia neste tipo de intervenes, quer pelos aspectos relacionados com o seu dimensionamento, quer pelos os aspectos relacionados com a sua execuo que se pretende que interfira o mnimo possvel na laborao das unidades industriais.

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    1. INTRODUO As intervenes de reforo e reabilitao de estruturas de beto armado resultam, em regra geral, da necessidade de aumentar a sua capacidade resistente ou do facto de j no apresentarem as condies necessrias para desempenhar correctamente as funes para as quais foram dimensionadas. Nesta situao, a utilizao de elementos metlicos no reforo deste tipo de estruturas revela-se uma soluo adequada, em particular nos casos de intervenes em estruturas existentes de unidades industriais. Assim, sero discutidos no presente artigo alguns dos aspectos mais relevantes relativos a um conjunto de intervenes de reforo e de reabilitao em estruturas industriais de beto armado. A presente comunicao dedicada discusso de dois casos concretos de reforo estrutural, nos quais se faz a aplicao de elementos metlicos de reforo. Nestes casos so discutidos de forma detalhada os aspectos, de avaliao, de concepo das solues de reforo, de projecto e de aplicao em obra das solues preconizadas. O primeiro caso refere-se interveno numa estrutura porticada de beto armado situada nas instalaes da refinaria da GALP. Esta estrutura de beto, que se encontrava em estado de degradao estrutural avanado, faz o apoio de uma coluna metlica que contm petrleo bruto e seus destilados a elevadas temperaturas. O segundo caso abordar o reforo de uma laje macia de beto armado numa unidade industrial. Trata-se, neste caso, de uma estrutura recente, em que, aps a construo, se verificou que as cargas que se pretendiam instalar iriam ser superiores s preconizadas em projecto.

    2. CASO 1 ESTRUTURA PORTICADA NA GALP 2.1 Descrio sumria da estrutura A estrutura de beto armado que foi alvo de reabilitao, datada de 1973, possui cerca de 13,60m de altura e executa o suporte da coluna metlica denominada T-3001 que tem cerca de 48,0m de altura. A estrutura executada em beto armado (B300 e A40T segundo especificao do projecto) e constituda por duas plataformas octogonais em anel situadas a nveis diferentes, apoiadas em 8 pilares de seco quadrada. Da Figura 1 Figura 3, apresentam-se fotografias gerais da estrutura que permitem o seu melhor entendimento

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    Figura 1: Vista geral da

    coluna T-3001 Figura 2: Vista geral da estrutura de

    beto de apoio da coluna T-3001 Figura 3: Vista da 1 e 2

    plataformas Os pilares possuem seco de 0,60x0,60m2, com uma distncia perpendicular entre faces de pilares opostos de cerca de 6,0m e estando alinhados pela face exterior das plataformas. A 1 plataforma executada por uma viga com seco de 0,60x0,50m2 que executa o travamento dos pilares e onde apoia uma laje em consola que serve de passadio. A fundao, tambm de beto armado, tem dimenso em planta de 9,70x9,70m2 e uma altura de 2,0m. A 2 plataforma, que se situa a 13.6m do solo, executada por uma viga com seco de 1,35x1,80m2 que d apoio coluna T-3001 e que, por reduo da sua seco, encaixa na zona oca da estrutura cerca de 9,0m. O apoio da coluna metlica na viga efectuado atravs de ligao flangeada com conectores metlicos chumbados na viga de beto e que se encontram recobertos por uma saia de beto antifogo de proteco. Apresentam-se na Figura 4 e Figura 5 os desenhos de projecto dos nveis da 1 (N1) e 2 (N2) plataformas.

    Figura 5: Planta ao nvel da 1 plataforma Figura 6: Planta ao nvel da 2 plataforma

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    A coluna metlica que, em situao de ensaio hidrosttico (enchimento mximo) pesa cerca de 1.100 ton, contm petrleo bruto e seus destilados a elevadas temperaturas, existindo uma saia de proteco em beto antifogo que envolve a coluna ao nvel da 2 plataforma na zona de ligao da coluna viga de beto. Medies de temperaturas efectuadas por tcnicos da Galp indicaram que as temperaturas mdias so de 80C na zona do beto antifogo da saia da coluna, de 220C na boca da sada Sul e de 50C na 2 plataforma. Salienta-se, ainda, que, do ponto de vista operacional, esta coluna faz a destilao do petrleo bruto e que a sua paragem de funcionamento acarretaria a paragem de parte do complexo, a qual se traduziria em elevadas perdas econmicas por no-produo. Na Figura 7 e na Figura 8 apresentam-se um corte vertical da estrutura retirado dos elementos de projecto de beto armado e uma vista do modelo tridimensional da estrutura efectuado no decorrer deste estudo.

    Figura 7: Estrutura de beto de apoio

    coluna T-3001 Figura 8: Modelo 3D da estrutura de beto

    armado 2.2 Patologias observadas e respectivas causas A estrutura de beto armado de apoio da coluna T-3001, actualmente com cerca de 40 anos, inserida num ambiente industrial agressivo e localizada em zona costeira, apresentava data da inspeco uma grave degradao estrutural da qual se destacam: a existncia de fissurao longitudinal e radial na viga do nvel N2 que executa o apoio da

    coluna metlica. Uma das fissuras verticais possua j abertura preocupante e, em algumas fissuras longitudinais, era possvel observar o destacamento de beto e a delaminao de armaduras;

    a existncia de fissurao longitudinal, vertical e radial generalizada nas vigas e lajes que executam as plataformas, com destacamento de beto e delaminao de armaduras;

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    a existncia de fissurao generalizada nos pilares junto linha das armaduras longitudinais, potenciando o destacamento do beto de recobrimento e a corroso de armaduras.

    Adicionalemente, refere-se que a anlise do levantamento topogrfico fornecido pela Galp mostrou que poderiam estar a ocorrer deformaes importantes na estrutura de beto, principalmente ao nvel da viga N2. Neste contexto, de notar que estes movimentos da estrutura de beto poderiam originar fugas de hidrocarbonetos a altas temperaturas sobre as ligaes flangeadas das tubagens coluna T-3001. Tendo sido efectuado um levantamento das avarias estruturais, apresentam da Figura 9 Figura 12 alguns exemplos das avarias observadas.

    Figura 9: Fissura vertical na face exterior da

    viga do nvel 2 Figura 10: Fissurao da viga com indcios de corroso de armaduras. Vista de N1 para N2

    Figura 11: Fissurao radial generalizada na

    face superior da viga Figura 12: Fissurao vertical na face lateral

    da viga

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    2.3 Avaliao da capacidade resistente face s aces directas A avaliao da capacidade resistente da estrutura face s aces directas foi efectuada considerando 3 combinaes de aces correspondentes s situaes mais desfavorveis para os pilares. Desta anlise foi possvel concluir que os pilares apresentavam uma substancial reserva de segurana (avaliada de acordo com a regulamentao), mesmo para a situao mais condicionante [1]. Atendendo a que os pilares no apresentavam danos responsveis por uma significativa diminuio da sua capacidade resistente, e considerando a reserva de segurana anteriormente referida, no se considerou necessrio orientar a soluo de reforo no sentido de aumentar a capacidade resistente dos pilares. De forma a assegurar a durabilidade e a manuteno da segurana estrutural, optou-se pela reabilitao global do beto e das armaduras dentro das condicionantes existentes e por garantir o confinamento da estrutura no nvel N2. Salienta-se que, no estudo da estrutura de confinamento, o efeito da variao de temperatura um dos factores mais relevantes no seu comportamento. 2.4 Proposta e execuo do reforo global da estrutura de beto armado Tendo em considerao as necessidades de reabilitao da estrutura de beto armado e face impossibilidade de se parar, por perodo prolongado, o funcionamento da coluna metlica qual esto ligadas inmeras linhas, foram analisados e ponderados os dados obtidos da inspeco visual, da monitorizao topogrfica e da anlise numrica de modo a decidir a interveno global de reforo e o respectivo faseamento de execuo. A reabilitao do beto armado foi efectuada de acordo com os procedimentos usuais, tendo-se dado particular ateno viga do nvel N2 onde esta reparao foi efectuada por tramos entre pilares e com a estrutura de confinamento j colocada, uma vez que existiam fissuras verticais importantes que poderiam originar o seu desconfinamento com a consequente perda de estabilidade da coluna metlica. A soluo de confinamento consistiu na execuo de uma estrutura metlica constituda por um conjunto de 6 tirantes perimetrais com dimetro 32 que envolvem a viga do patamar do nvel N2 na sua face exterior e que, por aco de aperto prvio, lhe conferem um confinamento lateral. Esta estrutura tem configurao octogonal, sendo o aperto dos tirantes efectuado em peas metlicas colocadas no alinhamento dos pilares (ver Figura 13 Figura 16). Adicionalmente, foram colocados 9 pernos 20 na seco transversal de cada tramo da viga que realizam o aperto das suas faces laterais, estabilizando a fissurao longitudinal. Esta soluo foi adoptada pela impossibilidade da substituio de estribos, facto que obrigaria picagem de beto na zona de apoio da coluna. Note-se que a referida fissurao longitudinal que ocorre junto ao eixo da viga, na zona de apoio da coluna metlica, d-se numa zona de fissurao preferencial, dadas as disposies construtivas da armadura transversal que se podem observar na Figura 17. Na face interior da viga de beto, estes vares 20 foram fixados por chapas com rosca incorporada. Quanto reabilitao dos pilares, adoptou-se a

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    aplicao de uma estrutura de cintagem em cantoneiras e barras aps a remoo do beto degradado e a reposio da sua seco com um microbeto.

    Pormenor 1

    A

    AB

    Pormenor 2

    Pormenor 3 182x32

    150x32

    32

    150x32

    32

    PILAR

    100x15 M16

    Figura 13: Soluo geral de confinamento Figura 14: Pormenor 1 alado

    PILAR

    32

    150x32150x32

    182x32182x32

    32

    32

    3232

    PILAR PILAR

    257

    257

    257

    257

    257

    514

    514

    20

    Barra 100x15

    Barra 100x15

    Barra 100x15

    20

    20

    Figura 15: Pormenor 1: planta Figura 16: Pormenor 2: alado

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    Figura 17: Corte transversal da viga do nvel N2 com indicao da disposio de armaduras existentes e das armaduras de reforo

    2.5 Faseamento de obra e tipos de ligao

    A importncia das ligaes neste tipo de obras de reabilitao fundamental de modo a garantir um bom funcionamento de conjunto da estrutura. As ligaes utilizadas nesta obra (mecnicas, por injeco, ou por colagens com resinas epoxy) encontram-se descritas junto ao faseamento da obra que foi condicionado pelas altas temperaturas que se faziam sentir na plataforma de trabalho N2. Salienta-se, ainda, que as diversas estruturas metlicas colocadas em obra foram executadas em ao inox 316L. De uma forma geral, a execuo da obra, que foi sendo monitorizada quer topograficamente, quer com a colocao de fissurmetros na estrutura, contemplou ento as seguintes fases:

    Reforo dos pilares atravs de um confinamento efectuado com cantoneiras e barras de ao inox. Este reforo foi executado aps terem sido terminados os trabalhos de reconstituio da seco degradada, por vazamento de microbeto.

    Montagem de estruturas em ao inox para confinamento da viga do nvel N2, dispostas sobre cada um dos pilares, de acordo com o especificado em projecto. Foi dado um aperto inicial mnimo aos tirantes 32 que estabeleceu a ligao entre cada uma destas estruturas, para que estas no se deslocassem e estabelecessem uma cintagem estrutural na viga do nvel N2 enquanto decorriam as operaes de reabilitao de beto sobre este elemento (Figura 14 a Figura 16).

    12 a 0.30

    320/nvel

    Zona da coluna metlica

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    Picagem e remoo do beto degradado e preenchimento das fendas verticais da viga de beto do nvel N2 por injeco e vazamento de microbeto.

    Reabilitao do beto da viga do nvel N2 nas faces laterais e inferior. Esta tarefa incluiu os trabalhos de picagem do beto degradado, tratamento de armaduras, refechamento das fissuras e injeco com caldas com cimento expansivo no retrctil.

    Reabilitao do beto da viga do nvel N2 na sua face superior, desenvolvendo-se os trabalhos j referidos nos pontos anteriores. Esta tarefa obrigou demolio da saia antifogo que envolve a coluna T-3001, na sua ligao com a viga do nvel N2, at ao plano vertical que contm os pernos metlicos que estabelecem a sua ligao com a viga de beto, devido existncia de uma chapa metlica que impossibilitava o trabalho. Assim, apenas foi realizado o tratamento do beto na zona exterior ao plano vertical dos pernos metlicos. Dado algumas das armaduras longitudinais e estribos serem de difcil substituio por implicarem a picagem na zona de apoio da coluna, para alm da colocao dos 320 em 3 diferentes nveis que cosem transversalmente a viga do nvel N2, as operaes de recuperao nesta viga foram efectuadas de acordo com o esquema j apresentado na Figura 17.

    Execuo da furao transversal na viga de beto do nvel N2 para colocao dos tirantes 20 em ao inox. Na face interior da viga de beto, estes foram fixados por chapas 200x200x15mm com rosca incorporada.

    Aplicao das barras horizontais 100x15mm de ligao entre as estruturas de ao inox sobre os pilares e respectivos trabalhos de soldadura e fixao com parafusos M16.

    Aperto dos tirantes transversais 20 e respectiva selagem. Aperto final dos tirantes 32 em ao inox para a fora de estiramento preconizada em

    projecto, seguindo um processo iterativo baseado na medio das aceleraes da zona central de cada troo de tirante entre dois apoios fixos atravs de acelermetros colocados nos tirantes. Mediante a anlise dos registos de acelerao, obteve-se a frequncia do modo de vibrao fundamental de cada troo de tirante, a qual se relaciona com a tenso instalada.

    Colagem estrutural de todas as estruturas em ao inox com recurso a resinas epoxy. Pintura da estrutura de forma a dar-se uma proteco adicional ao beto face aos

    agentes atmosfricos. Da Figura 18 Figura 35, apresentam-se algumas das fases da obra aqui descritas, no necessariamente pela ordem apresentada. Refere-se ainda que, sendo a aco da temperatura uma aco importante na estrutura, foram introduzidos nas zonas de beto reparado da viga do nvel N2 2 sensores de deformao (transversal e longitudinal) e 2 de temperatura (intradorso e extradorso da viga), todos baseados nas redes de Bragg, que permitem obter um registo contnuo da evoluo da estrutura.

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    Figura 18: Limpeza do beto degradado

    das zonas com fissurao Figura 19: Limpeza do beto degradado das zonas

    com fissurao. Monitorizao das fissuras

    Figura 20: Pernos de ligao da coluna T-3001

    viga N2 j sem a saia de beto antifogo Figura 21: Pormenor da figura anterior.

    Rotura de armaduras

    Figura 22: Remoo do beto degradado de

    parte da face superior da viga de N2 Figura 23: Pormenor da corroso e delaminao

    das armaduras

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    Figura 24: Execuo de molde da pea de

    confinamento da estrutura Figura 25: Pea de confinamento colocada e

    tirantes apertados a um nvel inferior para permitir os trabalhos de remoo e reparao do

    beto e reposicionamento de armaduras

    Figura 26: Pormenor das novas armaduras Figura 27: Pormenor de colocao de estribos

    Figura 28: Linhas de nafta a alta temperatura

    ainda sem isolamento trmico junto aos tirantes Figura 29: Pormenor dos vares 20 que

    cosem transversalmente a viga

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    Figura 30: Injeco de fendas e colocao

    dos tirantes 20 transversais viga Figura 31: Pormenor do aperto dos tirantes 20

    pelo interior da viga. Injeco das fissuras

    Figura 32: Reforo de pilares com

    cantoneira e barra de ao inox Figura 33: Vista geral de pilares e viga do nvel

    N2

    Figura 34: Colocao de acelermetros Figura 35: Vista geral de um acelermetro

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    3. CASO 2 REFORO DE UMA LAJE DE BETO ARMADO AVALIAO DE SEGURANA, CONCEPO E EXECUO

    O edifcio em estudo neste segundo caso constitui uma ampliao das instalaes de uma unidade industrial, correspondendo a um novo corpo que apresenta uma implantao aproximadamente rectangular, com dimenses de cerca de 50m numa direco e 45m na outra. O presente estudo refere-se ao reforo do pavimento do piso 0 (laje Lm1) associado s novas sobrecargas que se pretendem instalar na zona de armazm.

    As juntas de dilatao existentes definem 3 zonas da laje referenciadas por Zona A (zona de armazm), Zona B (zona do cais de carga) e por Zona C. A laje Lm1 materializada por uma laje macia em beto armado, com uma espessura de 0.20m, apoiando-se em vigas de seco rectangular com dimenses variadas e, na sua periferia, em muros de conteno de beto armado, com espessuras de 25 ou 30 centmetros consoante a zona em que estes se inserem.

    Na Zona A, a laje Lm1 apresenta um comportamento de laje contnua unidireccional com 4 vos iguais de cerca de 5.0m e um vo extremo de 2.8m. Na Zona B e na Zona C, a laje Lm1 tem dois tramos de 5.0m de vo que esto em continuidade com uma laje aligeirada de vigotas pr-esforadas. As vigas de beto armado que servem de apoio laje Lm1 apresentam seces de largura varivel (entre 0.25m e 0.50m) e uma altura constante de 0.50m. Na Zona A e na Zona B, as vigas desenvolvem-se em 6 tramos contnuos de cerca de 5.0m de vo. Na zona C, as vigas em anlise, com 2 e 3 tramos contnuos, apoiam-se nos pilares interiores e num dos muros. A generalidade dos pilares que constituem os apoios intermdios das vigas so pilares de beto armado de seco circular com 0.35m de dimetro. 3.1 Avaliao de segurana A anlise estrutural efectuada teve como principal objectivo a avaliao de segurana da laje Lm1 do piso 0 do edifcio em estudo, no se tendo efectuado portanto a anlise estrutural global do edifcio. Contudo, a anlise contemplou os aspectos relevantes associados ao funcionamento estrutural da laje, bem como todos os elementos estruturais a ela associados. Refira-se a este propsito que a estrutura da cobertura no foi considerada no modelo numrico, tendo sido consideradas unicamente as aces transmitidas pelos pilares estrutura de beto armado. Na anlise e verificao de segurana da estrutura foram adoptadas as disposies definidas na regulamentao nacional aplicvel e em vigor e na regulamentao europeia, nomeadamente no que respeita aos procedimentos de verificao de segurana, quantificao das aces e s combinaes de aces de Estados Limite ltimos e Estados Limite de Servio. As aces contabilizadas nas verificaes efectuadas consistiram, para alm das cargas permanentes (peso prprio dos elementos estruturais, peso dos revestimentos e paredes divisrias), nas sobrecargas aplicveis ao edifcio em estudo, tendo sido estudados 3 cenrios distintos: cenrio de sobrecargas de projecto; cenrio de sobrecargas Eref.01, correspondendo a um ligeiro aumento no seu valor em relao aos valores de projecto; e cenrio Eref.02,

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    correspondendo a um aumento significativo do valor das sobrecargas, sendo este o cenrio correspondente s necessidades definidas pelo dono de obra.

    A avaliao da segurana foi baseada nos resultados obtidos do modelo numrico analisado com o programa de clculo automtico SAP2000 v10. O modelo numrico global utilizado na anlise consistiu num modelo tridimensional da estrutura que utiliza elementos de barra para a simulao de pilares e vigas, e elementos finitos (elementos de casca) na simulao das lajes. A anlise efectuada com este modelo foi baseada numa anlise linear elstica considerando-se em geral a rigidez dos elementos definida a partir do mdulo de elasticidade inicial do beto. Apresenta-se na Figura 36 uma representao do modelo de clculo utilizado onde so ainda identificadas as diferentres zonas da laje Lm1. Salienta-se, ainda, que na avaliao da segurana foram igualmente utilizados modelos parcelares para a anlise da laje e que consistiram em modelos de viga contnua. Atendendo a que a disposio de armaduras dos painis rectangulares das lajes corresponde a um funcionamento essencialmente numa direco, foi adoptada, nestes painis, uma rigidez diferente em cada uma das direces, de forma a atender-se direco principal de funcionamento da laje e correspondente distribuio das armaduras. Para a anlise detalhada da laje, foram considerados ainda no modelo de clculo os efeitos da fendilhao associada aos momentos flectores negativos nas zonas de apoio da laje.

    Figura 36: Vista do modelo numrico e identificao das diferentes zonas da laje Lm1

    Do ponto de vista da verificao de segurana, os resultados obtidos indicam [2]:

    A segurana estrutural foi apenas condicionada pelos resultados das anlises para os Estados Limite ltimos (ULS);

    Com base nos diferentes cenrios de carga analisados, observou-se que a zona B da laje Lm1 no cumpria as condies de segurana para o cenrio de carga Eref.02, havendo, portanto, necessidade de proceder ao seu reforo;

    Relativamente s vigas, verificou-se a necessidade de reforar a capacidade em flexo de algumas vigas da Zona A, bem de reforar a capacidade ao corte de algumas vigas da Zona B;

    Zona B

    Zona A

    Zona C

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    No que respeita os pilares, a verificao de segurana foi efectuada com base na avaliao da sua capacidade resistente em flexo desviada com compresso, no tendo sido sendo observadas deficincias de segurana nestes elementos para os cenrios de carga analisados;

    Em relao s sapatas, a anlise de segurana foi efectuada com base nas caractersticas definidas em projecto tendo em vista avaliar o nvel de tenses instaladas no terreno e avaliar a sua segurana estrutural em relao ao punoamento e s armaduras inferiores. Observou-se que, para os cenrios de carga admitidos, a segurana estrutural verificada em todas as sapatas, salientando-se que os valores de clculo mximos da tenso no terreno (sempre inferiores a 350kPa) so aceitveis para a generalidade dos terrenos de fundao com caractersticas mdias.

    3.2 Medidas de reforo estrutural

    Aps a identificao dos elementos estruturais que no cumprem as condies de segurana para o cenrio de carga designado por Eref.02, no qual foram definidas as aces para a zona de armazm e de cais de carga que se pretende instalar, foram equacionadas as medidas de reforo estrutural a tomar, no sentido de se proporcionar a funcionalidade para o nvel de carga estabelecido, garantindo-se as adequadas condies de segurana. Relativamente Zona B onde se verificou-se a necessidade de reforo, a soluo adoptada consistiu na:

    Colocao de perfis metlicos (HEB) na direco de funcionamento da laje em todos os alinhamentos dos pilares. Estes perfis so posicionados na face inferior da laje e fixados na zona superior dos pilares por intermdio de elementos metlicos. Os perfis metlicos servem de apoio laje Lm1, passando esta laje a ter um funcionamento nas duas direces, formando painis de laje de 5.0x5.0m2;

    Colocao de uma malha de armadura e aplicao de uma camada de cerca de 6,5cm de beto projectado na face inferior da laje, constituindo esta soluo num aumento da armadura inferior da laje (colocando armadura nas duas direces) e num aumento da espessura. As armaduras a incorporar foram amarradas aos perfis HEB e ancoradas laje atravs de ligadores metlicos.

    Em relao ao reforo das vigas da Zona e da Zona B, a soluo adoptada consistiu na:

    Colocao de cantoneiras metlicas nos vrtices inferiores em todo o desenvolvimento das vigas. Estas cantoneiras so ligadas a barras, tambm metlicas, dispostas na vertical em cada face lateral das vigas. Este sistema de reforo, confere um aumento de resistncia em relao aos momentos flectores positivos, traduzindo-se por um aumento da capacidade de carga destas vigas.

    3.3 Reforo estrutural Com vista a determinar os esforos de clculo com maior rigor de modo a proceder ao dimensionamento dos elementos de reforo [3], foram desenvolvidos 2 modelos de clculo,

  • 16 SIRR09 Seminrio Internacional de Reforo e Reabilitao Ligaes Estruturais

    com base no modelo previamente utilizado, para a verificao de segurana. Cada um destes modelos permitiu avaliar os esforos instalados na estrutura em duas fases distintas: o primeiro modelo (R1), sem qualquer estrutura de reforo, permitiu avaliar as cargas actualmente na laje Lm1 e nas respectivas vigas de apoio aps a sua execuo, ou seja, ainda sem quaisquer sobrecargas instaladas; o segundo modelo (R2), semelhante ao primeiro mas agora considerando a introduo dos elementos de reforo (perfis metlicos HEB) e as suas implicaes no funcionamento estrutural, permitiu avaliar o acrscimo de esforos provocado pela actuao das restantes cargas necessrias para completar os cenrios de Estados Limite ltimos. Refira-se que nos 2 modelos foram considerados os efeitos da fendilhao associada aos momentos flectores negativos nas zonas de apoio da laje, semelhana do efectuado no modelo usado para a verificao de segurana. Adicionalmente, salienta-se que a concepo estrutural do reforo dos diferentes elementos teve em especial ateno os aspectos associados definio e execuo da ligao entre os elementos estruturais existentes e os novos elementos que compem o reforo, de modo a potenciar o seu funcionamento em conjunto. 3.3.1 Reforo da laje Numa primeira fase foram avaliados os esforos instalados na laje aps o reforo (modelo R2), de modo a determinar quais os perfis metlicos HEB a colocar. Verificou-se que a escolha destes perfis no era condicionada pelo seu dimensionamento, j que qualquer que fosse o perfil escolhido possuiria capacidade de suportar os esforos instalados, mas sim por questes de rigidez relativa em relao laje, pois perfis metlicos muito flexveis no desempenhariam a sua funo de apoio de uma forma eficaz. Para que o funcionamento bidireccional da laje fosse o desejado, os perfis a introduzir teriam de ser suficientemente rgidos para sofrer deformaes pequenas. A escolha do perfil ficou ento condicionada altura aparente das vigas de beto armado, j que no se pretendia que a altura til do piso diminusse com a execuo do reforo. Assim, os perfis escolhidos foram HEB300. A Figura 37 mostra um desenho de pormenor dos perfis e da sua fixao a uma viga de beto armado existente. Quanto ao reforo da laje por via da introduo de armadura inferior suplementar, esta foi dimensionada para a soma dos esforos obtidos atravs dos dois modelos (R1 e R2), contabilizando a contribuio da armadura j existente. Note-se que a malha de armadura quadrada, possuindo os mesmos vares nas duas direces perpendiculares (Figura 38).

  • SIRR09 Seminrio Internacional de Reforo e Reabilitao Ligaes Estruturais 17 20

    030

    0

    500

    PISO 0

    Armaduras existentes da viga

    6012

    012

    0

    6012

    012

    0

    HEB300

    Chapa 25x300x300

    4 Furos 22Chapa 25x300x3004 Furos 22

    4 Vares roscados M20 - 8.8 8 Porcas M 20 - 88 Anilhas 22 - Ao

    300

    HEB300

    Figura 37: Pormenor da ligao dos perfis HEB300 viga V2

    P orm. 4

    P orm. 2

    P orm. 3

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0H

    EB

    300

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0

    HE

    B30

    0

    RV TIPO 2

    A B

    C

    D E F

    A' B' C'

    D'

    E' F'

    RV TIPO 3L60x6

    L60x6 L60x6

    UNP65

    UNP65

    L60x6 UNP65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP 65

    UNP65

    UNP 65 UNP 65 UNP 65 UNP65 UNP65 UNP 65

    UNP65

    UNP 65

    UNP65

    UNP 65

    L60x60x6

    L60x60x6

    270 300 300 600 300 300 300 300 300 300 300 300 300 2701 30.01130

    270 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 600 300 2701 30.01130

    270 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300130

    B arra 50x6 B arra 50x6 B arra 50x6 UNP 65 L60x60x6

    B arra 50x6

    UNP65 L60x60x6 UNP 65

    UNP 65

    L60x60x6

    L60x60x6 Barra 50x6

    UNP 65

    UNP 65

    L60x60x6

    L60x60x6 Barra 50x6

    UNP 65

    UNP65

    L60x60x6

    L60x60x6

    UNP 65

    UNP 65

    L60x60x6

    L60x60x6

    300270 300 300 300 300 300 300 300 600 300 300 2701 30.01130

    270 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 2701 30.01130

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 2701 30.01

    300 300300 300 300 300 300

    10//0.20 + 10//0 .20 ( L=4.00)

    10//0. 20 (L= 4.40) +

    10//0 .20 ( L=4.00)

    10//0.20 + 8//0. 20 (L =4.00)

    10//0. 20 (L= 4.40) +

    8//0. 20 (L =4.00)

    A FP AIN IS DAS LAJ ES A

    . A rmadura in ferio r de re forr: #10//0.20+8//0.20

    . B etonagem c/Beto Projec tado (6,5cm)

    P AIN IS DAS LAJ ES A

    . A rmadura in ferio r de reforo: #10//0.10

    . B etonagem c/Beto Projec tado (6,5cm)

    A' F'

    B arra 50x6 B arra 50x6 B arra 50x6 Barra 50x6 B arra 50x6

    - V IGAS E XISTEN TE S C/RE FORO METLICO

    - PA IN IS DE LAJ E A RE FORAR

    P orm. 5

    300 300100100

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300100100

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300100100

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300100100

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300100100

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300300 30010080

    300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

    0.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.200.20

    0.20

    0.200.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.20

    0.200.20

    0.20

    0.200.20

    Figura 38: Planta da zona B (zona do reforo) da laje Lm1

    No que respeita verificao ao esforo transverso nas lajes, concluiu-se que a colocao dos perfis metlicos HEB300, pelo efeito de desvio das cargas instaladas em duas direces ortogonais, faz com que se verifique a segurana face ao esforo transverso em Estado Limite ltimo. Esta verificao foi efectuada de uma forma conservativa, sem a contribuio do reforo com beto projectado, ou seja considerando-se a altura da laje existente de 20cm. 3.3.2 Reforo das vigas A soluo de reforo adoptada para as vigas resulta na execuo de uma estrutura metlica em barras e perfis de ao estrutural S275. O dimensionamento das cantoneiras de reforo, face aos

  • 18 SIRR09 Seminrio Internacional de Reforo e Reabilitao Ligaes Estruturais

    esforos de flexo, permitiu obter a rea de ao adicional necessria para resistir aos momentos totais aplicados na seco. Na Figura 39 apresenta-se um caso genrico, onde esto representadas: (a) a seco com as armaduras existentes assinaladas a azul e as cantoneiras de reforo assinaladas a vermelho; (b) o diagrama de extenses da seco, onde se assinalam as extenses das duas armaduras (existente e de reforo) com as cores em correspondncia; (c) as foras internas que equilibram os momentos totais calculados com recurso aos modelos R1 e R2.

    Fc

    FsFs,r

    ss,rAsAs,r

    Figura 39: Esquema de uma seco tipo de uma viga com indicao dos parmetros que

    intervm no equilbrio da mesma

    Quanto ao reforo ao esforo transverso, este foi conseguido atravs da colocao de barras metlicas (S275) verticais junto s faces laterais das vigas, funcionando assim como armadura de corte suplementar. No caso das vigas que no necessitavam de reforo para este tipo de esforos, estas barras foram dimensionadas de modo a transmitir viga de beto as foras instaladas nas cantoneiras de reforo de flexo, no se tendo considerado, de modo conservativo, a aderncia na transmisso destes esforos. Na Figura 40 apresenta-se um corte de uma das vigas com a indicao dos elementos tipo utilizados no reforo.

    200

    300

    500

    Barra 50x6 L60x6

    Barra 50x6

    UNP 65

    L60x6

    Barra 50x6

    UNP 65

    Vares roscados M20 - 8.8 (afastados de 300mm)Porcas M20 - 8Anilhas 22 - Ao

    PISO 0

    6518

    160

    6518

    160

    60 392 60

    ==

    Figura 40: Esquema do reforo tipo das vigas de beto armado

  • SIRR09 Seminrio Internacional de Reforo e Reabilitao Ligaes Estruturais 19

    3.4 Execuo A execuo do reforo da estrutura seguiu um faseamento pr-definido [2], concebido de modo a optimizar o tempo de execuo. Aps a preparao e aprovisionamento dos materiais, incluindo as soldaduras e a preparao das superfcies dos elementos metlicos (Figura 41 e Figura 42), foi feita a deteco dos estribos nas vigas a reforar (Figura 43), e a sua respectiva marcao, de modo a evitar que as furaes para a fixao dos elemento metlicos de reforo os interceptassem. Foi tambm feita a decapagem da face inferior da laje com jacto de areia, de modo a conferir superfcie uma maior rugosidade e melhorar a aderncia entre o beto projectado e esta superfcie.

    Figura 41: Estruturas de

    reforo das vigas Figura 42: Perfis metlicos

    HEB300 Figura 43: Deteco das

    armaduras de uma das vigas De seguida foram efectuadas as furaes nas vigas para a fixao dos perfis UNP100 (Figura 44), onde as estruturas de reforo da Figura 41 viriam a ser soldadas. Ao mesmo tempo, foram efectuadas as furaes da laje para a colocao das fixaes dos perfis e dos grampos conectores da laje existente ao beto projectado (Figura 45).

    Figura 44: Furaes numa das vigas Figura 45: Execuo das furaes na laje

    Posteriormente foram colocados os perfis metlicos HEB300 (Figura 46) e devidamente fixados s vigas e laje (Figura 47)

  • 20 SIRR09 Seminrio Internacional de Reforo e Reabilitao Ligaes Estruturais

    Figura 46: Colocao de um perfil metlico

    HEB300 Figura 47: Perfis soldados s chapas de testa e

    fixados viga de beto armado Aps a fixao dos perfis HEB300, foram colocados os perfis UNP100 nas faces das vigas (Figura 48). Na zona B, onde se iria proceder projeco de beto, as armaduras de espera que fariam a amarrao com os vares de reforo a colocar encontravam-se j soldadas a estes perfis. Nesta zona foram tambm fixados laje os grampos que fazem a sua conexo com o beto projectado (Figura 49).

    Figura 48: Colocao dos perfis UNP100 Figura 49: Grampos de conexo

    Seguidamente, foram colocados os elementos de reforo das vigas, tendo sido devidamente soldados aos perfis UNP100 (Figura 50). Aps a sua colocao, foi efectuada a selagem de todos os elementos metlicos de reforo, incluindo os perfis HEB300 e os grampos colocados na face inferior da laje. Depois foi montada a armadura inferior de reforo da laje (Figura 51), encontrando-se a estrutura preparada para a projeco do beto, com todos os elementos existentes devidamente protegidos. Finalmente, foi efectuada a projeco de beto (Figura 52) e foram consumados os acabamentos das superfcies e pintura dos elementos metlicos (Figura 53).

  • SIRR09 Seminrio Internacional de Reforo e Reabilitao Ligaes Estruturais 21

    Figura 50: Colocao da estrutura de reforo

    da viga Figura 51: Armadura de reforo da laje

    montada

    Figura 52: Camada de beto projectado Figura 53: Aspecto final da estrutura

    AGRADECIMENTOS Os autores manifestam o seu agradecimento ao Prof. Carlos Rebelo da Faculdade de Cincias e Tecnologia da Universidade de Coimbra pelo apoio prestado na fase final da obra da GALP, ao Eng. Paulo Vasconcelos, ao Eng. Carlos Fagundes da Galp, ARL, ao Eng. Miguel Santos da STAP, SA e ao Eng. Joo Graa da STB, Lda. REFERNCIAS [1] Costa, A., Vila Pouca, N., Romo, X., Pauprio, E., Relatrio de Inspeco Estrutura de

    Apoio da Coluna T3001 Porto (2005). [2] Costa, A., Vila Pouca, N., Pauprio, E., Sousa, J., Relatrio Tcnico de Avaliao

    Estrutural de Edifcio de Comrcio e Servios Valongo (2007). [3] Costa, A., Vila Pouca, N., Pauprio, E., Lopes, V., Projecto de Reforo Laje do piso 0

    Edifcio de Comrcio e Servios Valongo (2007)

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