Mestrado em Engenharia Civil 2011 / 2012cristina/RREst/Aulas_Apresentacoes...2. Propriedades...
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Mestrado em Engenharia Civil
2011 / 2012
0/1052011/2012
João Paulo Correia Rodrigues
Reabilitação e Reforço de EstruturasAula 22: Estruturas de betão em caso de incêndio.
Do dimensionamento à reparação após incêndio.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
1/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
2/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• EC 1 - 1.2 - Ações em Estruturas Expostas ao Fogo
• EC 2 - 1.2 – Dimens. ao Fogo de Estruturas de betão
• EC 3 - 1.2 – Dimens. ao Fogo de Estruturas de Aço
Eurocódigos
3/1052011/2012
• EC 3 - 1.2 – Dimens. ao Fogo de Estruturas de Aço
• EC 4 - 1.2 – Dimens. ao Fogo de Estruturas Mistas Aço e
betão
• EC 5 - 1.2 – Dimens. ao Fogo de Estruturas de Madeira
• EC 6 - 1.2 – Dimens. ao Fogo Estruturas de Alvenaria
• EC 9 - 1.2 – Dimens. ao Fogo de Estruturas de Alumínio
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Resistência ao fogo
• Tempo – tfi,d > tfi,req
• Capacidade de carga – R > E
Eurocódigos
4/1052011/2012
• Capacidade de carga – R fi,d,t > E fi,d,t
• Temperatura – θd < θcr,d
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Eurocódigo 1 - Ações mecânicas
∑ γ GA . GK + Ψ1,1 . Q K,1 + ∑ Ψ 2,i . Q K,i +∑A d (t)
• G Valor característico das acções permanentes
Eurocódigos
5/1052011/2012
• GK Valor característico das acções permanentes• Q K,1 Valor característico da acção variável de base• Q K,i Valor característico das outras acções variáveis• ∑A d (t) Valor de cálculo das acções resultantes da exposição
ao fogo ou acções indirectas de incêndio• γ GA Coeficiente de segurança das acções permanentes em
caso de acidente• Ψ1,1 Ψ 2,i Coeficientes de combinação de acordo ENV 1991-1
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• hnet,d= . γn,c hnet,c + γn,r hnet,r
• hnet,c = α c (θg – θm)• hnet,r = φ. εres . 5.67 x 10-8 . [(θr + 273)4 – (θm + 273)4 ]
Eurocódigos
Eurocódigo 1 - Ações térmicas
6/1052011/2012
• θg = θr temperatura do compartimento de incêndio• εres .= εf x εm = 0.8 x 0.625 = 0.50 para o aço
• α c= 9 w/m2K sup. não expostas• α c= 25 w/m2K sup. expostas, ISO ou fogo exterior• α c= 50 w/m2K sup. expostas, fogo de hidrocarbonetos
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Incêndio ISOθg = 20 + 345 log (8t+1) [ºC]
Eurocódigos
Eurocódigo 1 - Curvas nominais de incêndio
7/1052011/2012
• Incêndio exteriorθg = 20 + 660 (1-0.687 e-0.32t- 0.313 e-3.8t) [ºC]
• Incêndio de Hidrocarbonetosθg = 20 + 1080 (1-0.325 e-0.167t- 0.675 e-2.5t) [ºC]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Eurocódigos
Eurocódigo 1 - Curvas nominais de incêndio
8/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Eurocódigos
Eurocódigo 1 - Níveis de verificação
• Nível 1 – Informação Tabelada
• Nível 2 – Métodos Simplificados de Cálculo
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• Nível 2 – Métodos Simplificados de Cálculo
• Nível 3 – Métodos Avançados de Cálculo
• Estrutura Global
• Partes da Estrutura
• Elementos Isolados
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• EUROCÓDIGO 2 - PARTE 1.2Dimensionamento ao fogo de estruturas de betão
Eurocódigos
10/1052011/2012
estruturas de betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Eurocódigos
Eurocódigo 2 - Formas de verificação
• INFORMAÇÃO TABELADA
• MÉTODOS SIMPLIFICADOS
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– MÉTODO DA ISOTÉRMICA DOS 500ºC
– MÉTODO DAS BANDAS
• MÉTODOS AVANÇADOS DE CÁLCULO
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Fogo padrão
Curva Temperatura - Tempo
(R, E, I)
Eurocódigos
Eurocódigo 2 - Formas de verificação
12/1052011/2012
Análise por Elementos Isolados
Análise por Partes da Estrutura
Análise da Estrutura na Globalidade
Valores
Tabelados
Métodos Simplificados
de CálculoMétodos Gerais
de Cálculo
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Incêndios Paramétricos
Baseada nos parâmetros físicos da protecção passiva e activa ao fogo
Eurocódigos
Eurocódigo 2 - Formas de verificação
13/1052011/2012
Análise por Elementos Isolados
Análise por Partes da Estrutura
Análise da Estrutura na Globalidade
Métodos Simplificados
de Cálculo
Métodos Gerais de Cálculo
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
14/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Extensão Tensão σ(θ)
,.3 θε cf
Lei tensão - extensão para o betão Propriedades mecânicas
15/1052011/2012
Ramo descendente definidoatravés de modelos lineares ou não lineares
+
3
,1,1
,
2
.3
θθ
θ
εεε
ε
cc
cf
θθ εεε ,1,1 cuc ≺≺
θεε ,1c≤
Reabilitação e Reforço de Estruturas
( ) ( ) tcktcktck fkf ,,, ⋅= θθ
Resistência à tracção do betãoPropriedades mecânicas
16/1052011/2012
100 ºC ≤ θ ≤ 600 ºC
20 ºC ≤ θ ≤ 100 ºC
( ) 0,1, =θtckk
( ) ( ) 500/1000,10,1, −⋅−= θθtckk
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Curva 1 : betão de densidade normal com agregados siliciosos
Resistência à compressão do betãoPropriedades mecânicas
17/1052011/2012
normal com agregados siliciosos
Curva 2 : betão de densidade normal com agregados calcários.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
θAgregados siliciosos Agregados calcários
Resistência à compressão do betãoPropriedades mecânicas
18/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Diagrama tensão extensão do aço armadurasPropriedades mecânicas
19/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Extensão Tensão σ(θ) Módulo de Elasticidade
Diagrama tensão extensão do aço armadurasPropriedades mecânicas
20/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Curva 1 : Aço laminado a quente em tracção εs,fi ≥ 2%
Resistência à tracção do aço armaduras ordináriasPropriedades mecânicas
21/1052011/2012
Curva 2 : Aço endurecido a frio em tracção εs,fi ≥ 2%
Curva 3 : Aço em tracção e compressão εs,fi < 2%
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Laminado quente
Endurecido frio
Laminado quente
Laminado quente
Endurecido frio
Endurecido frio
Resistência à tracção do aço armaduras ordináriasPropriedades mecânicas
22/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Curva 1 : Laminado a quente (fios e cordões).
Resistência à tracção do aço de pré-esforçoPropriedades mecânicas
23/1052011/2012
quente (fios e cordões).
Curva 2 : Aço de pré –esforço temperado (barras)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Resistência à tracção do aço de pré-esforçoPropriedades mecânicas
24/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas4. Valores Tabelados
Sumário
25/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
•Agregados Siliciosos:
( ) CCparac º700º20103,2109108,1 31164 ≤≤×+×+×−= −−− θθθθε
( ) −
Elongação térmica do betãoPropriedades térmicas
26/1052011/2012
•Agregados Calcários:
( ) CCparac º1200º7001014 3 ≤<×= − θθε
( ) CCparac º805º20104,1106102,1 31164 ≤≤×+×+×−= −−− θθθθε
( ) CCparac º1200º8051012 3 ≤<×= − θθε
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Curva 1 :Agregados Siliciosos
Elongação térmica do betãoPropriedades térmicas
27/1052011/2012
Curva 1 :Agregados Siliciosos
Curva 2 :Agregados Calcários
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Limite superior da condutibilidade térmica λc do betão (betãode densidade normal):
( ) ( ) CCparaKmW º1200º20/1000057,0100136,036,1 2 ≤≤+−= θθθλ
Condutibilidade térmica do betãoPropriedades térmicas
28/1052011/2012
• Limite inferior da condutibilidade térmica λc do betão (betãode densidade normal):
( ) ( ) CCparaKmWc º1200º20/1000057,0100136,036,1 2 ≤≤+−= θθθλ
( ) ( ) CCparaKmWc º1200º20/1000107,01002451,02 2 ≤≤+−= θθθλ
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Curva 1 : Limite superior
Condutibilidade térmica do betãoPropriedades térmicas
29/1052011/2012
Curva 2 : Limite inferior
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Agregados Siliciosos
( ) ( ) [ ]KkgJC
CC
/100900
º200º100
−+=≤<
θθθ
Calor específico do betãoPropriedades térmicas
30/1052011/2012
( ) ( ) [ ]KkgJCp /100900 −+= θθ
( ) ( ) [ ]KkgJC
CC
p /2/2001000
º400º200
−+=≤<
θθθ
( ) [ ]KkgJC
CC
p /1100
º1200º400
=≤<
θθ
Reabilitação e Reforço de Estruturas
cv(θ)= ρ(θ)x cp(θ)
u=3% ρ(20ºC)=2300kg/m3
( ) ( )C
CC
º20
º115º20
ρθρθ
=≤<
Agregados Siliciosos
Calor específico volumétrico do betãoPropriedades térmicas
31/1052011/2012
( ) ( ) ( )( )85/11502,01º20
º200º115
−−⋅=≤<
θρθρθ
C
CC
( ) ( ) ( )( )200/20003,098,0º20
º400º200
−−⋅=≤<
θρθρθ
C
CC
( ) ( ) ( )( )800/40007,095,0º20
º1200º400
−−⋅=≤<
θρθρθ
C
CC
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Aço para betão armado:
( ) CCs º750º20104,0102,110416,2 2854 ≤≤×+×+×−= −−− θθθθε
( ) CCs º860º7501011 3 ≤<×= − θθε
Elongação térmica do açoPropriedades térmicas
32/1052011/2012
Aço de pré – esforço:
( ) CCp º1200º20104,01010016,2 2854 ≤≤×++×−= −−− θθθθε
( ) CCs º860º7501011 3 ≤<×= − θθε
( ) CCs º1200º860102102,6 53 ≤<×+×−= −− θθθε
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Curva 1 : Aço para betão armado
Elongação térmica do açoPropriedades térmicas
33/1052011/2012
Curva 1 : Aço para betão armado
Curva 2 : Aço de pré - esforço
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
34/1052011/2012
4. Valores Tabelados5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Válido para Incêndio Normalizado, betão de inertes siliciosos com peso específico de 2000 a 2600 kg/m3
• Para betão de inertes calcários, para vigas e lajes reduzir os valores de recobrimento a eixo da armadura em 10%.
Considerações geraisValores tabelados
35/1052011/2012
si
isi
snss
nsnssm A
aA
AAA
aAaAaAa
∑=++++++=
.....
.....
21
2211
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Percentagem reforço
mecânico ω
Pilares – Método A
• l0,fi<=3m
•0,5 l <=l0,fi <=0,7 l
Valores tabelados
36/1052011/2012
• e=M0Ed,fi / N0Ed,fi <= emax
•0,15.h (ou b) <= emax <=0,4.h (oub)
•As< 0,04 Ac
• µfi=NEd,fi / NRd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Percentagem reforço
mecânico ω
Pilares – Método AValores tabelados
37/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Percentagem reforço
mecânico ω•R=120.((Rηfi+ Ra+ Rl+ Rb+ Rn)/120)1,8
• Rηfi =83 [1,00-µfi (1+ϖ) / (0,85/αcc)+ϖ]• Ra =1,60.(a-30)• R =9,60.(5-l )
Pilares – Método AValores tabelados
38/1052011/2012
• Rl =9,60.(5-l0,fi)• Rb =0,09 b’• Rn =0 (para 4 barras de canto) Rn =12 (n> 4 barras)•25mm <= a <= 80mm 2m <= l0,fi <= 6m•b’=2.Ac / (b+h)•200mm <= b’ <= 450mm; h <= 1,5 b• ϖ= As . fyd / Ac . fcd
• αcc = 1,0 (ver EN 1992-1-1)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Percentagem reforço
mecânico ω
•n =N0Ed,fi / (0,7(Ac . fcd + As . fyd))
• e =M0Ed,fi / (N0Ed,fi)
Pilares – Método BValores tabelados
39/1052011/2012
• e =M0Ed,fi / (N0Ed,fi)
•e/b <= 0,25 com emax=100mm
• λfi=l0,fi / i λfi<=30
•0,5 l <=l0,fi <=0,7 l
• ϖ= As . fyd / Ac . fcd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Percentagem reforço
mecânico ω
Largura da coluna bmin / Recobrimento a
Pilares – Método BValores tabelados
40/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Esquema de espessuras das vigasValores tabelados
41/1052011/2012
(a) Largura constante (b) Largura variável (c) Secção em I
deff= d1+0.5xd2
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensões mínimas (mm)
Largura da alma bw
a -recobrimento / bmin- largura da viga
Vigas simplesmente apoiadasValores tabelados
42/1052011/2012
asd=a+10mm
asd é o recobrimento. Para valores de bmin maiores que os da coluna 4 não é necessário incrementar asd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensões mínimas (mm)
a -recobrimento / bmin- largura da vigaLargura da
alma bw
Vigas contínuasValores tabelados
43/1052011/2012
asd=a+10mm
asd é o recobrimento. Para valores de bmin maiores que os da coluna 4 não é necessário incrementar asd
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Espessura mínima da parede (mm)
Paredes sem função de suporte de cargasValores tabelados
44/1052011/2012
● Para betãos de inertes calcários reduzir os seguintes em 10%
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensões mínimas (mm)
Espessura da parede / recobrimento
Parede exposta de um lado
Parede exposta dos dois lados
Parede exposta de um lado
Parede exposta dos dois lados
Paredes com função de suporte de cargasValores tabelados
45/1052011/2012
de um lado dos dois lados de um lado dos dois lados
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Esquema de espessuras das lajesValores tabelados
46/1052011/2012
1-Laje de betão 2-Revestimento 3-Isolamento
hs=h1+h2
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensões mínimas (mm)
Espessura da laje (mm)
Recobrimento a
Uma direcção
Duas direcções
Lajes maciças simplesmente apoiadas e contínuasValores tabelados
47/1052011/2012
Lx e Ly são os vãos da laje nas duas direcções, onde Ly é o maior vão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensões mínimas (mm)
Espessura da laje hs Recobrimento a
Lajes fungiformesValores tabelados
48/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Dimensões mínimas (mm)
Combinação largura bmin, recobrimento a
Espessura da lajeta hs, e recobrimento a
Lajes nervuradasValores tabelados
49/1052011/2012
asd é a recobrimento da face exposta ao fogo
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
50/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
51/1052011/2012
Lajes de espessura h=200 mm
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
52/1052011/2012
Viga h x b= 600 x 300 mm
R60
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Viga h x b= 800 x 500 mm
Perfis de temperatura
53/1052011/2012
Viga h x b= 800 x 500 mm
R90
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
54/1052011/2012
Viga h x b= 300 x 160 mm
Isotérmica dos 500ºC
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
55/1052011/2012
Coluna h x b = 300 x 300 – R60 Coluna h x b = 300 x 300 mm – R90
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
56/1052011/2012
Coluna com h x b = 300 x 300 mm
Isotérmica dos 500ºC
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
57/1052011/2012
Coluna circular, Ø300mm
R120
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Perfis de temperatura
58/1052011/2012
Coluna circular, Ø300mm
Isotérmica dos 500ºC
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
59/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Despreza-se o betão exterior à isotérmica dos 500 ºC enquanto queo interior a esta linha se toma com a resistência e módulo deelasticidade igual ao original.
• Validade:
Método da Isotérmica dos 500 ºCMétodos Simplificados
60/1052011/2012
• Validade:
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Os passos a seguir são:
� Determinação da isotérmica dos 500 ºC
Método da Isotérmica dos 500 ºCMétodos Simplificados
61/1052011/2012
� Determinação da nova largura bfi e da nova altura dfi
� Determinação da temperatura nas armaduras a partir do ábacos
� Determinação da resistência das armaduras na zona de tracção e na zona de compressão para as temperaturas determinadas. Para as armaduras de compressão é aconselhável dividir a resistência por 1,2. As que ficam fora da isotérmica dos 500 ºC também devem entrar para o cálculo.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
� Uso de métodos convencionais para a determinação da capacidade resistente ultima da secção reduzida
Método da Isotérmica dos 500 ºCMétodos Simplificados
62/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Método mais rigoroso que o da isotérmica dos 500 ºC
• Válido só para a curva normalizada de incêndio ISO.
• Determinação da Secção Reduzida de betão
� A zona danificada tem uma largura a paralela a superfície
Método das ZonasMétodos Simplificados
63/1052011/2012
� A zona danificada tem uma largura az paralela a superfície exposta ao fogo
� Para secções de forma rectangular exposta ao fogo dos dois lados a largura supõe-se igual a 2w. Se só uma face é submetida a incêndio a largura é w.
� A largura, az, da zona danificada de cada face, é calculada usando uma parede equivalente, com fogo de dois lados e largura 2w.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Método das ZonasMétodos Simplificados
64/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
� Nas secções rectangulares, com fogo a toda a volta, em que a altura é
maior que a largura, a zona danificada dos topos é igual a az das faces
laterais.
� A tensão de compressão e o módulo de elasticidade da zona reduzida
Método das ZonasMétodos Simplificados
65/1052011/2012
� A tensão de compressão e o módulo de elasticidade da zona reduzida
considera-se constante e igual à do ponto M. O ponto M é qualquer ponto
na linha média de uma parede exposta ao fogo nos dois lados.
� A espessura da zona danificada az e a redução da propriedade do betão
devem ser determinadas para cada zona rectangular da secção
transversal, az podendo ser diferente no banzo ou na alma de uma secção
em T.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• A zona danificada az é determinada para uma parede com exposição ao fogo ambos os lados por:
� Metade da largura W é dividida em n zonas paralelas e de igual largura
Método das ZonasMétodos Simplificados
66/1052011/2012
n zonas paralelas e de igual largura onde n≥3.
� Calcula-se a temperatura para o centro de cada zona, θi.
� Determina-se o correspondente valor de factor kc(θi) das leis constitutivas do betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Coeficiente de redução médio para um elemento particular
• Largura da zona danificada para o caso de vigas, lajes, outros elemento com esforço transverso
( )∑=
−
=n
i
icmc kn
nk
1
,
2,01θ
Método das ZonasMétodos Simplificados
67/1052011/2012
elemento com esforço transverso
• Largura da zona danificada para o caso de pilares, paredes e outros elementos que tenham efeitos de segunda ordem.
( )
−=
3,1
,1Mc
mcz k
kWa
θ
( )
−=
Mc
mcz k
kWa
θ,1
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Determina-se o valor do módulo de elasticidade e das tensões de cálculo do aço e do betão em função da temperatura θ.
( ) ( ) ( )Cfkf ckMcMcd º20.θθ =
( ) ( )( ) ( )CEkE º202 ⋅= θθ
Método das ZonasMétodos Simplificados
68/1052011/2012
( ) ( )( ) ( )CEkE ckMcMcd º20⋅= θθ
•O valor εcu,max (extensão máxima de compressão última do betão) pode ser fixado por:
( )Mccu k θε 0035,0
max, =
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Método das ZonasMétodos Simplificados
69/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Atendendo a hipótese de Bernoulli, a relação entre a extensão do aço e da fibra mais comprimida do betão é:
x
xdes −′=
0035,0
Método das ZonasMétodos Simplificados
70/1052011/2012
• A força de compressão do betão é igual à força de tracção do aço, pelo que se obtém:
( ) smsk,scd AT,fbx8,0 εσ=′
• Considerando a grandeza µ
cd
s
fdb
A
′′=µ
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Chega-se ao valor de x que define a posição da fibra neutra:
( )µ
εσd
Tx msks ′=
8,0
,,
Método das ZonasMétodos Simplificados
71/1052011/2012
8,0
• Introduzindo o valor de x na 1ª expressão tem-se:
( )
−= 1
,
8,00035,0
, µεσε
mskss T
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• O momento último é o binário destas duas forças:
−′=2
8,0,
xdAM kssu σ
Método das ZonasMétodos Simplificados
72/1052011/2012
• Substituindo o valor de x obtém-se:
2
M d Au s s ks k= −' ( ),,σ
σµ1
2
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
73/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Danos Causados Pelos Incêndios
Tipos de Danos
• Coloração do betão
• Spalling e fissuração
74/1052011/2012
• Deformação de elementos
• Encurvadura de armaduras expostas
• Ataque de cloretos resultantes da combustão de PVC
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Danos Causados Pelos Incêndios
Deformação Excessiva e Colapso
75/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Danos Causados Pelos Incêndios
Spalling
76/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Danos Causados Pelos Incêndios
Colapso de Lajes
77/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
78/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Ensaio de carotes (“Core test”)• Ensaio de esclerómetro (“Rebound”, “Impact”, “Schmidt”, ou “Swiss
Hammer Test”)• Ensaio de ultra-sons (“Pundit – Ultrasonic Pulse Velocity test”)• Ensaio de penetração (“Penetration Resistance” ou “Windsor Probe
Test)
Ensaios para caracterização das propriedades do betãoAvaliação das Propriedades Residuais
79/1052011/2012
Test)• Ensaio da fractura interna (“BRE – Internal Fracture method”)• Teste da Termoluminescência (“Thermoluminescence test”)• Medição da densidade de fendas (“Crack Density”)• Análises Petrográficas (“Petrography Analysis”)• Teste da Carbonatação (“Carbonation test”)• Análises químicas
– água residual combinada do betão– quantidade residual de cloretos no betão.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Ensaios de tracção para armaduras
• Ensaios de dureza
Avaliação das Propriedades Residuais
Ensaios para caracterização das propriedades do aço
80/1052011/2012
• Ensaios de dureza
• Análises metalográficas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Consiste na extracção de provetes cilíndricos de betão do elemento construtivo para posterior ensaio à compressão.
Ensaio de carotes de betãoAvaliação das Propriedades Residuais
81/1052011/2012
• A extracção de carotes permite observar a profundidade da zona alterada
• Devem retirar-se carotes das zonas afectadas e não afectadas pelo incêndio para determinação do grau de degradação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Neste ensaios mede-se a dureza superficial do betão, relacionando-a com a sua resistência à compressão.
• Embora esta relação não seja directa
Ensaio esclerométricoAvaliação das Propriedades Residuais
82/1052011/2012
• Embora esta relação não seja directa pode-se estabelecer uma relação empírica entre ambas
• Devem realizar-se ensaios entre zonas afectadas e não afectadas pelo incêndio para determinação do grau de degradação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Relaciona-se a velocidade de propagação de ondas ultrassónicas através do betão com a sua resistência residual à compressão.
• A velocidade de propagação é tanto
Ensaio de ultra-sonsAvaliação das Propriedades Residuais
83/1052011/2012
• A velocidade de propagação é tanto menor quanto mais degradado se encontrar o betão devido ao incêndio.
• Devem realizar-se ensaios entre zonas afectadas e não afectadas pelo incêndio para determinação do grau de degradação.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Relaciona a profundidade de cravação dum projétil estandardizado no betão com a resistência residual à compressão do betão.
Ensaio de penetraçãoAvaliação das Propriedades Residuais
84/1052011/2012
• O projétil é disparado com um fulminante de energia devidamente calibrada.
• Devem realizar-se ensaios entre zonas afectadas e não afectadas pelo incêndio para determinação do grau de degradação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Consiste em abrir um furo no betão, no qual é introduzido um dispositivo, que após acionado resiste ao arranque.
• O esforço necessário para
Ensaio da fractura internaAvaliação das Propriedades Residuais
85/1052011/2012
• O esforço necessário para retirar o dispositivo, permite avaliar a resistência à compressão do betão.
• Devem realizar-se ensaios entre zonas afectadas e não afectadas pelo incêndio para determinação do grau de degradação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• A termoluminescência é a propriedade que certos materiais têm de emitir luz visível quando aquecidos (feldspato e quartzo).
• Utilizam-se amostras de areia do betão que é retirado do elemento por
Teste da termoluminescênciaAvaliação das Propriedades Residuais
86/1052011/2012
betão que é retirado do elemento por brocagem. As amostras são lavadas numa solução ácida que permite remover minerais que possam afetar os resultados.
• A maior perda de termoluminescência ocorre para as situações de maior perda de resistência do betão, sendo possível estabelecer uma correlação entre estas duas propriedades.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Este ensaio consiste na pulverização da superfície de betão com uma solução alcoólica de fenolftaleína. Esta solução irá apresentar uma coloração rosa na presença de
Teste da carbonataçãoAvaliação das Propriedades Residuais
87/1052011/2012
coloração rosa na presença de carbonatos, permitindo assim a identificação da zona afetada.
• A maior profundidade de carbonatação na estrutura de um edifício, ocorre em geral ao fim de 4 a 5 anos após o incêndio, para edifícios de idade entre 20 a 30 anos, e para incêndios de maior severidade.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Análise das variações de cor que os diferentes componentes do betão adquirem em resultado do aquecimento provocado pelo incêndio. Associado `às variações de cor estão
Análises PetrográficasAvaliação das Propriedades Residuais
88/1052011/2012
Associado `às variações de cor estão variações das propriedades mecânicas do betão.
• Depois de impregnadas em resina, as amostras são observadas num microscópio digital, e fotografadas. Um software específico de análise de imagens, quantifica as variações de tonalidade do betão, e determina a sua frequência de ocorrência.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• O gráfico representa a variação da percentagem de tonalidade vermelha em função da
Análises PetrográficasAvaliação das Propriedades Residuais
89/1052011/2012
vermelha em função da temperatura máxima a que o betão esteve sujeito durante o incêndio relacionando-a com a resistência residual à compressão do betão.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Realizado numa fatia de betão de 50 x 80mm que é sujeita a uma fonte de luz filtrada, sendo fotografada com uma ampliação
Medição da densidade de fendasAvaliação das Propriedades Residuais
90/1052011/2012
fotografada com uma ampliação de 40 vezes.
• A observação é realizada por áreas de 10 x 10 mm, sendo determinado o comprimento médio de fendas em mm / cm2.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Separação do cimento dos inertes em amostras de pó de betão retiradas do elemento construtivo
• As amostras de cimento são depois aquecidas para eliminação da água livre e depois pesadas.
Teste da água residual combinada do betãoAvaliação das Propriedades Residuais
91/1052011/2012
aquecidas para eliminação da água livre e depois pesadas.
• De seguida são reaquecidas para eliminação da água de constituição.
• Através da comparação de pesos antes e depois do aquecimento determina-se a quantidade de água perdida.
• Através de ensaios em provetes retirados de zonas afectadas e não afectadas pelo incêndio pode saber-se a água de constituição perdida.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Geralmente, os cloretos situam-se entre 5 a 10mm de profundidade.
• Determinação da profundidade:
Análises químicas para determinação da quantidade residual de cloretos no betão
Avaliação das Propriedades Residuais
92/1052011/2012
• Determinação da profundidade:
– teste de raios X
– teste da trituração potenciométrica
– Análises químicas em laboratório
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• São os que melhor informação dão sobre a perda de resistência mecânica do aço.
Ensaios de tracção para perfis e armadurasAvaliação das Propriedades Residuais
93/1052011/2012
• Nas vigas e nas lajes os provetes devem ser extraídos das zonas de momentos nulos
• Nos pilares devem ser extraídos das cintas.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Existem vários tipos de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers).
• O ensaio de dureza de Brinell consiste na cravação com força controlada dum penetrador de diâmetro D, na superfície da peça.
Ensaios de durezaAvaliação das Propriedades Residuais
94/1052011/2012
controlada dum penetrador de diâmetro D, na superfície da peça. Determinando a área impressa na superfície do metal, e conhecendo a Força, pode calcular-se a dureza de Brinell através duma fórmula apropriada.
• Os valores da dureza de Brinell podem ser relacionados com a tensão de rotura à tracção
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Consistem em polir uma superfície tão finamente quanto possível até apresentar um aspeto espelhado.
• A superfície é depois lavada com álcool,
Análises metalográficasAvaliação das Propriedades Residuais
95/1052011/2012
• A superfície é depois lavada com álcool, e seca com um sacador de forma a evitar a oxidação.
• Seguidamente é atacada com uma solução de Nital a 2% ou 5% (ácido nítrico e álcool etílico).
• Posteriormente é observada ao microscópio, para observação da sua microestrutura.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Eurocódigos Estruturais
2. Propriedades Mecânicas
3. Propriedades Térmicas
4. Valores Tabelados
Sumário
96/1052011/2012
4. Valores Tabelados
5. Perfis de Temperatura
6. Métodos Simplificados
7. Danos Causados pelos Incêndios
8. Avaliação das Propriedades Residuais
9. Reparação de Estruturas de Betão
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Remoção do betão que esteve sujeito a estruturas superiores a 300ºC
• Ensaios in-situ ou em laboratório sobre provetes retirados da estrutura
• Inspeção da armadura que ficou exposta ao incêndio e reforço
Reparação de Estruturas de Betão
97/1052011/2012
• Inspeção da armadura que ficou exposta ao incêndio e reforço com armadura adicional se necessário
• Tratamento da superfície com jacto de areia ou jacto de água de elevada pressão para retirar fuligem, outras impurezas e pequena fissuração superficial
• Injeção das fendas de maior dimensão com resina epóxi• Colocação do novo material de recobrimento• Utilização de betões de elevada resistência a fim de diminuir a
espessura de recobrimento
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Betão projetado• Resinas epóxi• Mantas e laminados de carbono
Reparação de Estruturas de Betão
Materiais de Reparação
98/1052011/2012
• Argamassa de polímeros modificados• Argamassa de cimento• Reboco de gesso• Preparação de fibras minerais projetadas• Uso de suportes alternativos
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reparação de Estruturas de Betão
Reparação de pilares
99/1052011/2012
adicional
Armadura transversaladicional
Novo betão
Armadura longitudinal
Betão antigo
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Betão antigo
Sobrepostoou soldado
Reparação de Estruturas de Betão
Reparação de vigas
100/1052011/2012
Novo betão
Novo estribo longitudinalNova armadura
Novo estribo
Novo estribo
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reparação de Estruturas de Betão
Reparação de lajes
101/1052011/2012
Soldadura
Espigão de açocolado com epoxi
ElectrossoldadaMalha
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Reparação de Estruturas de Betão
Reparação com betão projectado
102/1052011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
• Concentrações máximas referidas ao peso de cimento de 0.2% para betão pré-esforçado e 0.4% para betão armado
• Devem ser usados valores mais reduzidos para locais mais húmidos e com menor espessura de recobrimento das armaduras
Para profundidades de penetração de cloretos até 1m m
Reparação de Estruturas de Betão
Reparação após ataque de cloretos
103/1052011/2012
• Para profundidades de penetração de cloretos até 1m m deve fazer-se a lavagem das superfícies com jacto de água de alta pressão misturada com produtos industriais de limpeza, seguida de secagem rápida com ventiladores de ar quente
• Para profundidades de penetração de cloretos de 1 a 2mm tratamento da superfície com soluções de hidrato de cálcio com pouca água, de 8 em 8 horas, ou tratamento com jacto de areia seguida da solução de hidrato de cálcio
• Para profundidades de penetração muito grandes remoção da camada alterada seguida de revestimento com betão projetado