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Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil

Pilar sem reforço

Pilar com reforço por confinamento

EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

António Costa


Consequências da deficiente cintagem das zonas críticas


EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO

DO BETÃO À COMPRESSÃO

CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS


Aumento da ductilidade devido à cintagem (confinamento)

[EC2]

- factor de eficácia (forma da secção e espaçamento das cintas)

fyd/fcd

fck,c = fck (1,00 + 5 2/fck) para 2 0,05 fck

fck,c = fck (1,125 + 2,50 2/fck) para 2 > 0,05 fck

c2,c = c2 (fck,c/fck)2

cu2,c = cu2 + 0,2 2/fck

2 – tensão efectiva de confinamento 2 / fck = 0,5 w

w – taxa mecânica volumétrica de cintas

EX: pilares rectangulares com cintas no contorno)

A não confinado

w = volume de estribos

volume de betão =

2 ( b 0 + h

0 )

2

est

4

s b 0 h

0

fyd/fcd


Secções Rectangulares

= n . s

Factor de eficácia

666.03.03.06

15.081

2

n

694.03.02

10.01

3.02

10.01

s

46.0

Exemplo

Cintas Ø8//0.10


Secções Circulares com cintas helicoidais

Secções Circulares

0.1n

86.07.02

10.01

2

s

86.0

= n . s Exemplo

Factor de eficácia

Cintas Ø12//0.10


Exemplo

2 / fck = 0,5 w = 0,06

fck,c = fck (1,125 + 2,50 x0,06) = 1,275 fck

c2,c = c2 (1,275)2 = 1,626.c2 = 0,00325

cu2,c = 0,0035 + 0,012 = 0,0155

Comportamento com confinamento

d =0,4 (NEd = 4000 kN)

Cintas 12//0,10 wd = 0,14


Ductilidade em curvatura (influência da armadura de confinamento)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60

MR

d [

kNm

]

Ø x 10-3 [m-1]

núcleo confinado

secção bruta

mf ≈ 6,0

mf ≈ 1,0


PILARES - DUCTILIDADE LOCAL w μf

9

xu = N / (0,8 b0 fcd) xu = bh / 0,8 b0, com = N / bh fcd

cu2,c = cu2 + 0,2 2 /fck = 0,0035 + 0,1 w

fu = cu2,c /xu = (0,0035 + 0,1 w) 0,8 b0 / bh

fy = sy / 0,45d sy / 0,4h

fu = μf fy 0,8 b0 (0,0035 + 0,1 w) / bh = μf . sy / 0,4h

w 30 μf . .sy . b/b0 - 0,035

2 / fck = 0,5 w

Confinamento do betão - EC2

Fs

_

+

s

cu2,c

M

As

As xu

fcd,c

Fc = N

Fs

0,8 xu

Øu N

b0

Ductilidade disponível: μf = fu / fy

fu = cu2,c /xu

Ductilidade exigida:

mf ≥ 2 q0 -1 se T1 ≥ TC

mf ≥ 1 + 2 (q0 -1) TC /T1 se T1 < TC


Efeito do confinamento com FRP

O confinamento com aço introduz uma tensão constante

após a cedência

O confinamento com FRP apresenta um comportamento

elástico até à rotura


Efeito do confinamento com FRP

f f

l

Tensão lateral de confinamento

l = 2tf .f /D

l = 1/2 f f com f = 4 tf/D; f = Ef f

l = 1/2 f Ef f

f - tensão no FRP na direcção circunferencial l - tensão no FRP na direcção radial f – taxa volumétrica de FRP

Ef - módulo de elasticidade do FRP

tf - espessura do FRP

D - diâmetro do pilar


Tensão efectiva de confinamento

l,eff = keff . l com l = 1/2 f Ef fd,e ; keff - factor de eficácia

keff = kH . kV . k

Factor de eficácia vertical

KV = Ae / Ag

Ag – área da secção transversal

Ae – área efectivamente confinada entre FRP KV =


Factor de eficácia horizontal kH

Secções circulares: kH = 1

Secções rectangulares:

Factor de eficácia angular

f - inclinação das fibras

f = 0 k = 1

Exemplo: pilar 50 x 40 (cm)

rc = 1.5 cm b’= 47 cm ; d’ = 37 cm

kH = 1 – (472+372)/(3 x 50x40) kH = 0.40

rc = 3 cm b’=44 cm ; d’ = 34 cm

kH = 0.48


Extensão efectiva de cálculo

fd,e = (regulamento italiano)

a – factor ambiental (a <1)

f - factor parcial de segurança relativo ao FRP (f =1.1 execução sob boas condições de controlo,

f =1.25 outras situações)

MODELO DE CONFINAMENTO

Spoelstra e Monti (Alternativa ao modelo de confinamento do EC2)

fcu – resistência à compressão do betão confinado

fc0 – resistência à compressão do betão não confinado

cu - extensão última do betão confinado

c0 = 0.002

ju = f,e - extensão última efectiva do FRP

fd,e = 0,004 (EC8-3 – reforço ao esforço transverso de secções circulares)


Aplicação de mantas de

carbono no confinamento de

pilares


Secção tipo do estado actual

Secção tipo reparada

Reforço com Mantas CFRP

Pilar com dano originado por corrosão de armaduras


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80

εc (%)

fc (

MP

a)

1

2

3

3 camadas

2 camadas

1 camada

Sem reforço

Reforço de pilares por confinamento do

betão – juntas de betonagem


AUMENTO SIGNIFICATIVO

CAPACIDADE DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA

Reforço por confinamento do betão com FRP

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

Pilar sem reforço

Pilar com reforço por

confinamento


Reforço por confinamento do betão

(a) aumento da capacidade de deformação lateral (aumento da capacidade de rotação da rótula plástica)

(b) prevenir rotura das emendas de armaduras

(c) prevenir a encurvadura dos varões longitudinais


Reforço por confinamento do betão

Equipamento para encamisamento automático de pilares com FRP

Pilares rectangulares podem ser

transformados numa secção oval de

modo a aumentar a eficácia do

confinamento


ENSAIOS EXPERIMENTAIS

Ref. – “Comportamento de pilares de betão armado

reparados ou reforçados com encamisamento local”

António Cardoso, IST, 2003

REFORÇO DE PILARES PARA ACÇÕES

CÍCLICAS POR

CONFINAMENTO DO BETÃO COM CFRP


EXECUÇÃO DO REFORÇO

Preparação da superfície

Aplicação do sistema de reforço com mantas de fibras de carbono


Diagramas carga – deslocamento

Pilar de referência

Pilar danificado, reparado com argamassa

e reforçado com duas camadas de fibra de

carbono

P3

P1


Pilar reforçado com duas camadas de fibra de carbono

Pilar reforçado com quatro camadas de fibra de carbono

P7

P4


Energia dissipada acumulada [kNm]

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