Sistemas de Reforço de Lajes Fungiformes

SILE2011 Seminrio Internacional sobre Ligaes Estruturais

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SISTEMAS DE REFORO DE LAJES FUNGIFORMES

DUARTE FARIA Aluno Doutoramento

DEC FCT Universidade Nova

Lisboa - Portugal

VLTER LCIO Professor Associado

DEC FCT Universidade Nova

Lisboa - Portugal

ANTNIO RAMOS Professor Auxiliar DEC FCT - UNIC

Universidade Nova Lisboa - Portugal

Resumo

A adopo de lajes fungiformes em edifcios uma soluo comum devido a ser um sistema econmico, de fcil construo e rpido. Um dos maiores inconvenientes deste sistema tem a ver com a existncia de uma elevada concentrao de tenses na zona de ligao laje-pilar. Devido uso generalizado deste tipo de laje, surgiu tambm a necessidade de se estudarem mtodos/sistemas de reforo adequados. Neste trabalho apresentam-se de uma forma geral, os vrios sistemas de reforo de lajes fungiformes, indicando vantagens e desvantagens. Descrevem-se em maior detalhe aqueles sistemas que tm sido estudados e desenvolvidos na FCT/UNL, incluindo resultados experimentais. Estes sistemas so o do reforo de lajes com introduo de armaduras verticais e o reforo de lajes recorrendo a ps-tenso com ancoragens por aderncia.

Palvaras Chave

Reforo, Fungiformes, Lajes, Investigao, Experimentao

1 Introduo

As lajes fungiformes so lajes que apoiam directamente em pilares e apresentam vrias vantagens das quais se destacam: permitem opes arquitectnicas mais arrojadas, grande versatilidade na ocupao dos espaos interiores, maior facilidade na execuo das instalaes tcnicas e simplicidade e rapidez na construo. Com a vulgarizao deste sistema estrutural, maior o nmero de estruturas em que podem surgir problemas e em que seja necessrio proceder a operaes de reparao e reforo.

Estes reforos tm por objectivo solucionar determinados problemas causados por uma ou vrias das seguintes razes:

Correco de deficincias devido a erros construtivos e/ou de projecto em que alguns

elementos estruturais no tenham a capacidade resistente suficiente, devido a erros de

SILE 2011 Sistemas de Reforo de Lajes Fungiformes

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clculo e pormenorizao, e a erros de colocao de armaduras, emendas incorrectas e a

m qualidade dos materiais;

Alterao de uso da estrutura que implique suportar cargas superiores s previstas no projecto original ou em casos em que a distribuio destas seja totalmente distinta das

inicialmente consideradas.

Causas acidentais que diminuam a capacidade resistente do conjunto da estrutura ou de alguns elementos constituintes da mesma (como cargas no previstas, choques, sismos,

incndios, etc.);

Degradao dos materiais (corroso das armaduras ou deteriorao do beto).

2 Rotura Por Punoamento

Um dos maiores inconvenientes deste sistema tem a ver com a existncia de uma elevada concentrao de tenses na zona de ligao laje-pilar. Um dos principais problemas que podem surgir neste tipo de estrutura a ocorrncia de uma rotura por punoamento. Neste fenmeno o pilar fura a laje, tratando-se um mecanismo de colapso local do tipo frgil (Fig. 1).

Fig. 1 Rotura por punoamento

Quando ocorre a rotura por punoamento num dos pilares, d-se um aumento da solicitao dos restantes pilares, podendo este incremento de esforos levar rotura por punoamento junto a estes. Este fenmeno pode originar um colapso progressivo parcial ou total da estrutura (Fig. 2).

Fig. 2 Esquema de desenvolvimento de um colapso progressivo total

cone de punoamento ngulo que varia entre 30 e 35 para lajes sem

armadura de punoamento


3

Este tipo de fenmeno foi j registado em diversos acidentes tais como os que se podem visualizar na Fig. 3. Em grande parte dos casos o colapso est relacionado com deficincias construtivas de clculo e construtivas.

Fig. 3 (a) St. Laurent, Canad, 2008 (b) Seoul, Coreia do Sul, 1995 (c) e (d) Wolverhampton, Reino Unido, 1997 (e) Gretzenbach, Sua, 2004 (f) Sesimbra, Portugal (2003)

3 Sistemas de Reforo

3.1 Introduo

Os principais sistemas de reforo so o reforo por aumento de seco e/ou colocao de novas armaduras, por substituio de beto por colagem/ancoragem de chapas metlicas e FRP, por introduo novos elementos, atravs da construo de capitis em beto ou metlicos, atravs da introduo de novas armaduras transversais e atravs de pr-esforo. De seguida expem-se os conceitos bsicos de cada um destes sistemas.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)


4

3.2 Sistemas de Reforo de Lajes Fungiformes

3.2.1 Aumento de seco e/ou colocao de novas armaduras

So frequentes as situaes em que h necessidade de aumentar a armadura existente com o objectivo de aumentar a resistncia, nomeadamente flexo, e controlar a abertura de fendas. O reforo de armaduras pode ser conseguido pela adio de armadura na seco existente ou numa seco acrescentada existente (Fig. 4).

Fig. 4 Reforo por aumento de seco e/ou colocao de novas armaduras

Um aspecto muito importante, em qualquer caso, que a interaco entre o beto novo e o beto existente necessria para que as partes estruturais, compostas por diferentes betes, se comportem de forma monoltica, tal como se fossem uma s pea. As vantagens desta tcnica so: sistema de reforo possivelmente mais econmico; execuo relativamente rpida e fcil; recorre a materiais correntes na construo civil. Como desvantagens apontam-se as seguintes: necessidade de esperar que o material usado para selar as armaduras adquira a resistncia necessria para entrar em funcionamento; produz rudo e poeiras durante a execuo dos sulcos; caso se opte pelo aumento de seco original, origina, aumenta o peso da laje, aumentando os esforos nas vigas e pilares de suporte e as foras nas fundaes; dever ter-se cuidado com as diferentes caractersticas dos materiais, nomeadamente no que diz respeito retraco; recomendvel descarregar o mais possvel a estrutura, o que pode complicar toda a operao.

3.2.2 Substituio do beto Este mtodo consiste basicamente na substituio do beto danificado por um beto novo (Fig. 5). Aplica-se em situaes em que seja necessrio repor o estado inicial ou melhor-lo em virtude da necessidade de responder s necessidades de alterao uso ou outras. A eficcia desta soluo depender da ligao entre o beto novo e o existente, do material escolhido, do modo de aplicao do material e da cura. A utilizao de betes de alto desempenho constitui uma alternativa de grande interesse, principalmente no que diz respeito ao uso de altas resistncias. No entanto, o uso de altas resistncias, pode prejudicar o mecanismo de interbloqueamento de inertes, visto estes betes apresentarem superfcies lisas que cortam os agregados, ao contrrio dos betes normais, em que as superfcies so speras e irregulares, contornando os agregados de maior dimenso, mais resistentes que a argamassa. Outro aspecto ser a adio de fibras de

Sulcos para introduode armadura de reforo


5

ao ao beto. A introduo de fibras melhora as caractersticas de ductilidade, a resistncia ao impacto e fadiga, controlo de fissurao, tornando a rotura menos frgil. Alm de permitir uma melhor distribuio da fissurao, as fibras melhoram a aderncia do beto com a armadura ordinria, inibindo a abertura de fissuras na zona de transmisso de foras por aderncia.

Fig. 5 Reforo por substituio do beto

3.2.3 Introduo de novos elementos

Os esforos nos elementos podem ser alterados atravs da imposio de deslocamentos relativos entre apoios ou pela introduo de novos apoios intermdios. importante notar que o alvio de algumas seces ou elementos de uma estrutura pode aumentar os efeitos das aces noutros elementos, podendo ser necessrio proceder ao seu reforo. Outro aspecto importante o tempo: o deslocamento relativo dos apoios, a retraco e a fluncia da estrutura existente em relao aos novos elementos vo influenciar a distribuio dos efeitos das aces na estrutura (Fig. 6). Para o efeito, podem ser adicionadas vigas metlicas ou em beto armado como corta vos, introduo de novos pilares, ou a criao de rtulas e/ou juntas. A adio de elementos estruturais pode ser usada para rigidificar zonas da estrutura, ou para reduzir esforos em partes da estrutura encaminhando as cargas para estes novos elementos estruturais. Podem tambm ser acoplados estrutura existente, aparelhos especiais de dissipao da energia ssmica. Por alterao das ligaes entre diferentes corpos da mesma estrutura, eliminando juntas estruturais existentes ou criando novas juntas, possvel alterar a deformabilidade da estrutura ou a distribuio dos esforos internos.

Fig. 6 Reforo por introduo de novos elementos

Cofragem

Material de Enchimento

Elementos Metlicos

Novos pilares

Novos pilares


6

A principal vantagem desta tcnica a sua rapidez enquanto que as desvantagens so a da necessidade de existncia de espao para colocao dos novos elementos, tem uma aplicao limitada, pois pode haver falta de armadura onde se faz a alterao estrutural e requer uma avaliao adequada dos esforos resultantes dos efeitos de fluncia e retraco.

3.2.4 Chapas metlicas e FRP colados/ancorados

A tcnica de reforo recorrendo a elementos metlicos (Fig. 7) empregue h muito tempo e provavelmente at uma das tcnicas de reforo mais antigas, principalmente devido sua simplicidade e eficincia. A utilizao de elementos metlicos, relativamente a outros materiais, como os FRP (Fibre Reinforced Polymers), apresenta a vantagem de permitir um maior controlo de rigidez e conseguinte diminuio de deformao dos elementos. Para que se possa realmente usar esta soluo necessrio dispor de uma ligao eficiente entre os elementos metlicos e o beto existente. Para isso, existem hoje em dia adesivos que devido s suas caractersticas de aderncia permitem aquela ligao.

Chapa de Reforo

Chapa de ReforoChapa de Reforo

Fig. 7 Reforo por colagem de chapas metlicas ou FRP

Esta tcnica usada usada com chapas metlicas apresenta as seguintes vantagens: no altera significativamente a geometria das peas; pouco poluente; rpido e relativamente econmico; rpida utilizao da estrutura aps reforada. Como desvantagens podem ser apontadas as seguintes: necessrio ao usar adesivo de base epoxdica, um clculo cuidadoso da ligao, exigindo, para um bom desempenho, injeco do adesivo e colocao de chumbadores; so necessrias deformaes para que o reforo seja mobilizado; exige uma adequada preparao da superfcie de beto e das chapas metlicas; necessrio ter em ateno o potencial de corroso das chapas, sendo necessrio proteg-las contra a corroso; existem limitaes relativamente ao tamanho das peas metlicas, devido ao seu transporte e espao em obra, obrigando execuo de emendas por soldadura em obra; as peas metlicas so pesadas e no tm flexibilidade para se ajustar geometria da pea de beto, sendo necessrio escor-las em obra quando aplicadas na face inferior da laje, sendo por isso mais aconselhvel a sua utilizao na face superior da laje; sensvel ao calor e aos UV dado o uso de adesivos; quando forem usados adesivos epoxdicos dever ter-se ateno fluncia dos mesmos e ao tipo de aces a que a estrutura est sujeita.

Mais recentemente surgiram no mercado novos produtos de reforo substitutos das chapas metlicas, base de laminados e tecidos de fibras dispostos longitudinalmente e aglomerados com um polmero, de fcil aplicao, sendo no entanto mais caros. Os compsitos FRP so formados atravs do embebimento de fibras com um adesivo. As fibras mais comuns so as de carbono, vidro e aramida, enquanto os adesivos so os com base epoxdica, polister e vinilster. Estes materiais podem ser aplicados basicamente de duas formas: in situ ou em sistemas pr-fabricados. Existem tambm tcnicas especiais, das quais se destacam, FRP pr-esforado, os chamados NSM (near-surface mounted reinforcement) e os FRP com ancoragens mecnicas. Estes materiais (os mais usuais so os que incluem fibras de carbono, vidro ou aramida) apresentam um comportamento linear at atingir a rotura (frgil) quando sujeitos traco, ao contrrio do ao, que apresenta um comportamento dctil. Este facto tem duas consequncias importantes:


7

estes materiais no possuem ductilidade comparvel dos aos e a sua fragilidade pode limitar o comportamento dctil de elementos de beto armado reforados com FRP;

comportamento frgil de compsitos de FRP implica que a redistribuio de esforos num determinado elemento limitada.

Relativamente a esta tcnica quando usada com FRP podem-se referir as seguintes vantagens: no altera significativamente a geometria das peas e adapta-se bem s peas devido sua maleabilidade; pouco poluente; rpido; no necessitam de emendas; so resistentes corroso; boa relao peso/resistncia mecnica; bom comportamento fadiga; podem ser facilmente aplicadas em lajes bidireccionais. Como desvantagens: caro; exige uma cuidadosa preparao do substrato; solicita a camada de beto entre a armadura existente e as fibras com elevadas tenses de corte; sensvel ao calor e aos raios UV dado o uso de adesivos; falta de ductilidade; no tem capacidade de limitao de deformaes, relativamente s chapas de ao.

3.2.5 Capitis metlicos e em beto

Com este mtodo pode-se melhorar tanto o comportamento ao punoamento como o comportamento flexo. O capitel permite aumentar a altura til na zona de punoamento, promovendo o aumento da resistncia da laje (Fig. 8). Do lado direito desta figura mostra-se a execuo de um capitel em beto de forma circular.

Cofragem

Material de Enchimento

Fig. 8 Reforo com capitel em beto

Relativamente ao uso de capitis metlicos, esta soluo pode ser usada se no se pretende um aumento muito grande da espessura da laje, nem grandes trabalhos de demolio. Consiste na colocao de chapas ou perfis metlicos na zona inferior da laje, junto ao pilar. O objectivo da colocao destas chapas ser aumentar o permetro de punoamento (Fig. 9).

Chapas de reforo

Fig. 9 Reforo com capitel metlico

P e r f i l M e t l ic o


8

3.2.6 Introduo de novas armaduras transversais

Esta tcnica usa vares transversais laje, que podem ou no ser pr-esforados, com o objectivo de evitar ou retardar a rotao e o alargamento da fenda inclinada necessria para formar a superfcie de rotura, podendo resultar um considervel incremento da resistncia ao punoamento de uma laje, acompanhada por um acrscimo de ductilidade da ligao pilar-laje. Esta tcnica usa-se quando o beto existente de boa qualidade e no existem armaduras de punoamento, ou caso existam, sejam inferiores s necessrias (Fig. 10).

Fig. 10 Reforo por introduo de novas armaduras transversais

Assim sendo, o mtodo de reforo ao punoamento de lajes fungiformes utilizando novos vares transversais , por vrias razes, uma interveno de grande eficincia, destacando-se a fcil interveno, o baixo custo, a rapidez de execuo e ainda o baixo impacto esttico. As armaduras podem ser verticais ou inclinadas e podem ser seladas com um agente de aderncia.

3.2.7 Introduo de pr-esforo

O pr-esforo pode ser definido como uma tcnica que consiste na introduo de foras num elemento de uma estrutura que provoca, em geral, esforos de sinal contrrio aos produzidos pelas aces aplicadas, com o objectivo de melhorar o seu comportamento e capacidade resistente. Assim, por excelncia uma tcnica de reforo activo, ao contrrio de todas as outras, denominadas de passivas. Como o prprio nome indica, so reforos activos, pois funcionam para a totalidade das aces que actuam na estrutura, incluindo as que actuam sobre a mesma na fase de aplicao do reforo. Alm de aumentar a capacidade de carga, o reforo com pr-esforo, usado tambm, para melhorar o comportamento em servio das estruturas, reduzindo, fechando, retardando ou prevenindo o aparecimento de fissuras e reduzindo as deformaes. Permite a escolha do traado que melhor se adapta ao tipo de carregamento em causa (Fig. 11).

Fig. 11 Reforo por introduo de pr-esforo

As principais vantagens desta tcnica so as seguintes: no necessrio descarregar a estrutura; no necessita de novas deformaes para que o reforo entre em carga; muito eficiente no reforo flexo e ao corte; fecha as fendas existentes; controla a deformao; no adiciona peso significativo estrutura; o equipamento necessrio leve e de fcil manuseamento; pode-se escolher a excentricidade desejada, posicionando os cordes por intermdio de desviadores; as ancoragens e desviadores podem ser facilmente inspeccionados durante a construo e durante a


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vida til da estrutura. Como desvantagens podem-se indicar as seguintes: produz esforos horizontais que a estrutura pode no ter capacidade para absorver; necessita espao para colocar ancoragens e desviadores; pode afectar esteticamente a estrutura; necessita pessoal especializado; susceptvel corroso, ao vandalismo e ao fogo; necessrio ter em conta que ao aplicar foras concentradas num elemento existente, poder ser necessrio recorrer a outras medidas de reforo para solucionar problemas locais.

Na Fig. 12 apresenta-se a ttulo de exemplo um caso de reforo de uma laje de um estacionamento recorrendo a pr-esforo.

Fig. 12 a) Marcao do posicionamento do cordo aps utilizao de raios-X, (b) furao de um elemento existente, (c) cordes destensionados, (d) estado final do reforo, (e) operao de tensionamento, (f)

pormenor do macaco hidrulico, (g) ancoragem num pilar e (h) pormenor de uma ancoragem com proteco galvanizada [1]

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)


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4 Investigao sobre Reforo de Lajes Fungiformes ao Punoamento no DEC/FCT/UNL

4.1 Introduo

A investigao relacionada com o reforo de lajes fungiformes ao punoamento foi iniciada no trabalho de mestrado [2] do Prof. Antnio Ramos, orientado pelo Prof. Vlter Lcio no IST/UTL em 1995. Desde a, e j na FCT/UNL, esta investigao teve desenvolvimentos em vrios trabalhos de mestrado orientados pelo Prof. Antnio Ramos que se referem de seguida:

Incio Duarte (2008) Comportamento ao Punoamento de Lajes Fungiformes Reforadas

com Parafusos [3];

Marta Lus (2010) Punoamento Cclico de Lajes Fungiformes Reforadas com Pr-Esforo Transversal [4];

Micael Incio (2010) - Comportamento ao Punoamento de Lajes Fungiformes Reforadas

com Parafusos Efeito da rea e Posicionamento da Ancoragem [5];

Jorge Gomes (2011) - Efeito da Aderncia na Resistncia ao Punoamento de Lajes Fungiformes Reforadas com Parafusos Transversais [6].

Estes trabalhos e as suas principais concluses so brevemente descritas na seco 4.2.

Recentemente foi tambm concebido e estudado um novo sistema de reforo de lajes recorrendo a ps-tenso com ancoragens por aderncia que ser descrito na seco 4.3. Este trabalho foi estudado e desenvolvido no mbito da tese de doutoramento do Eng. Duarte Faria sob orientao dos Professor Vlter Lcio e do Professor Antnio Ramos.

4.2 Introduo de Armaduras Transversais

4.2.1 Ramos [2]

Foram ensaiados dois modelos de lajes fungiformes macias quadradas com 2000 mm de lado e 100 mm de espessura, reforadas ao punoamento com parafusos pr-esforados (Fig. 13). Os parafusos foram ancorados com placas de ao, nas superfcies superior e inferior, de modo a distribuir a fora de pr-esforo na rea da placa. As lajes foram previamente carregadas at cerca de 70% da carga de rotura prevista sem reforo (146 kN). Posteriormente descarga da laje, foram executados os furos verticais para colocao de 8 parafusos dispostos numa camada em torno do pilar. Os parafusos foram depois pr-esforados com uma fora de 5.0 kN na laje PR1 e 15 kN na laje PR2. O reforo ao punoamento com parafusos pr-esforados proporcionou um aumento mdio de resistncia de 21% no modelo PR1 e de 25% no modelo PR2, em relao resistncia prevista sem reforo.


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Fig. 13 Reforo por introduo de armaduras transversais, Ramos [2]

4.2.2 Incio Duarte [3]

Foram ensaiados cinco modelos de laje fungiforme com dimenses em planta de 1800x1800 mm2 e espessura de 120 mm, sendo uma das lajes a de referncia (ID1), e as restantes quatro (ID2 a ID5) reforadas com dezasseis parafusos transversais, obtidos de vares roscados, dispostos em duas camadas de oito em torno do pilar (Fig. 14). As variveis deste trabalho experimental foram a rea transversal de armadura de reforo e o pr-esforo inicial aplicado aos parafusos.

Fig. 14 Reforo por introduo de armaduras transversais, Incio Duarte [3]

Os modelos ID2 a ID5, numa primeira fase, foram carregadas, por intermdio de um macaco hidrulico, at se atingir uma fora correspondente a cerca de 60 % da carga de rotura do modelo ID1. Aps ter sido atingida esta carga efectuou-se a descarga das lajes e as operaes de reparao. Na segunda fase foram colocados os parafusos transversais de reforo e ancorados s faces inferior e superior com placas de ao de dimenses 150x50 mm2 e espessura de 5 mm (Fig. 14). Nesta fase os modelos foram carregados at rotura.

Com base nos resultados experimentais concluiu-se que a carga de rotura aumenta quando se utiliza parafusos de maior dimetro, j que o reforo com parafusos M10 conduziu a um acrscimo de capacidade de carga de 51 %, enquanto a utilizao dos parafusos M8 conduziu a um aumento de 36 a 41%. Os parafusos M6 foram os que providenciaram menor acrscimo de capacidade de carga, cerca de 23%. Todos estes valores so em relao ao modelo de referncia. Com a utilizao de parafusos M10 observou uma mudana da posio da superfcie de rotura relativamente ao modelo de referncia. A superfcie passou a intersectar a face em compresso para alm das placas de ancoragem. Relativamente inclinao da superfcie de rotura, verificou-se um aumento desta nos modelos reforados com parafusos. Verificou-se tambm que as variveis, o dimetro dos parafusos e a quantidade de pr-esforo, no influenciaram significativamente a inclinao da superfcie de rotura. De um modo geral verificou que esta tcnica de reforo bastante eficaz no aumento da capacidade de carga e de simples e rpida execuo.


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4.2.3 Marta Lus [4]

Foram ensaiados dois modelos de laje fungiforme em tudo idnticos aos modelos de Incio Duarte [3]. Os modelos, numa primeira fase, foram carregados por intermdio de um macaco hidrulico, at se atingir uma fora correspondente a cerca de 60 % da carga de rotura do modelo referncia. Aps ter sido atingida esta carga efectuou-se a descarga das lajes e as operaes de reparao. Nesta fase os modelos foram carregados at rotura atravs de um carregamento cclico (Fig. 15).

Com base nos resultados experimentais concluiu-se que o incremento de resistncia foi em mdia de 20% nos modelos reforados com parafusos de 6 mm e de cerca de 32% nos reforados com parafusos de 8 mm e que no houve uma alterao significativa de cargas de rotura entre os ensaios monotnicos e os cclicos.

Fig. 15 Desenvolvimento do carregamento cclico, Marta Lus [4]

4.2.4 Micael Incio [5]

Neste trabalho foram ensaiados quatro modelos de laje fungiformes, que tinham como principal objectivo verificar as alteraes provocadas no comportamento ao punoamento devido alterao da rea e posicionamento da ancoragem (Fig. 16).

Fig. 16 Ensaios de Micael Incio [5]

1010

120

[mm]

150

20.7

5

6.65

[mm]

27.0

0

9.10


13

Os resultados experimentais permitiram concluir que a diminuio da rea de ancoragem no provocou perda de capacidade resistente e que a utilizao de chapas de ancoragem de pequenas dimenses embutidas na espessura da laje originou uma ligeira perda de eficcia do sistema de reforo.

4.2.5 Jorge Gomes [6]

Neste trabalho foram ensaiados dois modelos de laje fungiformes, que tinham como principal objectivo verificar as alteraes de comportamento, modo de rotura e carga ltima experimental entre ensaios monotnicos aderentes e no aderentes (Fig. 17).

Fig. 17 Ensaios de Jorge Gomes [6]

As principais concluses foram que ocorreram incrementos de resistncia substanciais nos modelos reforados, especialmente com ligao do tipo aderente:

variou de 15% (M6) a 32% (M8) (no aderente);

variou de 37% (M8b) a 42% (M6b) (aderente);

a existncia de aderncia entre os parafusos de reforo e a laje, contribui para um melhor desempenho desta soluo.

4.3 Novo sistema de reforo de lajes usando pr-esforo com ancoragens por aderncia [7,8]

Este sistema para reforo de lajes de beto armado recorrendo a pr-esforo pretende ser uma evoluo do sistema de reforo com pr-esforo tradicional. A escolha deste tipo de reforo justifica-se pelo seu carcter activo, uma vez que funciona no s para as cargas aplicadas aps a execuo do reforo, mas tambm para as cargas j instaladas na estrutura. A utilizao do pr-esforo, com o intuito de reforar estruturas ou elementos estruturais, permite a execuo do reforo sem que seja necessrio descarregar a estrutura durante os trabalhos, evitando a interrupo da utilizao da estrutura. Pelo contrrio, com os outros mtodos de reforo, necessrio reduzir as cargas o mximo possvel uma vez que os elementos de reforo s so mobilizados para as cargas que solicitam a estrutura aps concluso do mesmo, ou seja, necessitam de novas deformaes para que o reforo entre em carga. Como geralmente o efeito do pr-esforo de sinal contrrio ao efeito das aces, este contribui para a reduo dos esforos e nveis de tenses a que a mesma est sujeita, tanto em termos de flexo como de corte. Da mesma forma, reduz a abertura de fendas e as deformaes existentes.

[mm]


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Relativamente ao sistema de reforo proposto, pode-se afirmar que possibilita a eliminao de algumas das desvantagens mencionadas anteriormente do sistema tradicional de reforo com pr-esforo. No sistema proposto os cordes so introduzidos em furos executados na laje, colocando sobre esta desviadores que promovem a curvatura dos cordes. Estes cordes so de seguida tensionados recorrendo a elementos provisrios. Aps esta operao, o espao entre os cordes e as paredes dos furos injectado com um agente de aderncia e aps cura deste, os cordes so destensionados e a fora instalada transmitida por aderncia ao elemento a reforar. Na Fig. 18 observa-se o aspecto final do reforo aplicado a uma laje, e indicam-se os ponto de aplicao das foras de desvio e das foras horizontais devidas ao pr-esforo.

Fig. 18 Aspecto final de uma laje reforada [7,8]

A inexistncia de ancoragens permanentes, tornando o sistema mais econmico e esteticamente menos intrusivo, e o facto de a fora na ancoragem ser distribuda ao longo do comprimento de transmisso do pr-esforo, no introduzindo elevadas concentraes de tenses, so as suas principais vantagens relativamente ao sistema tradicional. Neste caso, os cordes ficam protegidos contra a corroso e o vandalismo, uma vez que ficam embebidos na laje e na betonilha de enchimento do pavimento.

4.3.1 Processo Construtivo

De seguida descreve-se o processo construtivo do sistema:

1-Furao da laje e limpeza dos furos (Fig. 19) A primeira tarefa a ser realizada a da furao da laje. Para o correcto funcionamento do sistema fundamental que os furos fiquem correctamente posicionados na laje e com a inclinao prevista. Para obter a inclinao desejada foi concebido um dispositivo metlico, que consiste num tubo, com dimetro interior superior ao dimetro da broca, soldado a uma chapa, com a inclinao pretendida. A chapa fixa face superior da laje por intermdio de buchas para evitar que esta se desvie da posio durante a furao. Aps a furao o furo deve ser convenientemente limpo de poeiras por intermdio de sopradores manuais e/ou mecnicos, recorrendo tambm a uma escova de ao, de acordo com as recomendaes do fabricante do agente de aderncia.

Fig. 19 1 Etapa do processo construtivo

LAJE BETO ARMADO

DESVIADOR CORDO DE AO DE ALTA RESISTNCIA

PILAR

ENCHIMENTO LAJE BETO ARMADO

DESVIADOR CORDO DE AO DE ALTA RESISTNCIA

PILAR

ENCHIMENTO

furos na laje debeto

laje

pilar

( )

dispositivo guia para furao da laje

perfurador electro-pneumtico


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2-Montagem dos desviadores e dos cordes de ao de alta resistncia (Fig. 20)

Os cordes so introduzidos a partir de um dos lados, a partir da face inferior da laje, passam sobre um desviador na face superior da mesma junto ao pilar e atravessam a laje no furo oposto ao da entrada. O interior do desviador dever ser liso, por forma a evitar danos no cordo e a garantir um atrito reduzido, e a sua base dever ficar apoiada na face superior da laje, recorrendo a uma argamassa de assentamento, para garantir uma correcta distribuio das tenses na laje. Deve ser dada ateno especial, limpeza dos cordes, uma vez que estes no devero apresentar na sua superfcie impurezas, leos ou vestgios de ferrugem, que possam prejudicar a aderncia, devendo ser limpos recorrendo a uma escova de ao.


3-Tensionamento dos cordes (Fig. 21)

Para a aplicao do pr-esforo recorre-se utilizao de acessrios provisrios, que so, basicamente, constitudos por uma escora, dois actuadores e ancoragens nas extremidades de cada um dos cordes. Na escora so fixos, em cada uma das extremidades, actuadores mecnicos manuais e ancoragens provisrias, com os quais so tensionados os cordes.


cela de desvio ao de altaresistncia

extremidade pa

ra aplicao do p

r-esforo

laje

pilar

)desviadores )

desviadores

actuador para aplicaodo pr-esforo

pilar

laje

acessrio para aplicao dopr-esforo (escora)ancoragem provisria

escoras

actuador mecnico tipo B chave para aplicao do pr-esforo


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tubos para injecopurga do agente de

aderncia

destensionamento dos cordes

(a)

4-Injeco com agente de aderncia (Fig. 22)

Para a injeco do agente de aderncia usado um tubo de PVC de pequeno dimetro, introduzido previamente no furo e posicionado entre o cordo e a parede do furo. Aps a sua introduo, a entrada do furo selada usando betume de pedra ou outro material com caractersticas semelhantes, para evitar o refluxo do agente de aderncia. A injeco dos furos com o agente de aderncia dever ser feita de baixo para cima, at que o agente de aderncia saia pela extremidade superior do furo. Desta forma evitam-se vazios no interior do furo ao longo do comprimento de selagem do cordo.


5-transmisso da fora de pr-esforo (Fig. 23)

Aps a cura do agente de aderncia, libertam-se as ancoragens provisrias pela ordem inversa ao do tensionamento dos cordes, e retiram-se todos os acessrios. Posteriormente, as extremidades dos cordes so cortadas face da laje.


pilar

laje

injeco com agente deaderncia

selagem dasextremidades dos furos

comprimento de

transmisso

corte e proteco dasextremidades dos aos de

pr-esforo

laje

pilar

enchimento do pavimento


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4.3.2 Investigao Experimental

Foram ensaiados sete modelos experimentais de lajes fungiformes com 2300x2300 mm2 em planta e com espessuras de 100 mm e 120 mm. O pilar central foi simulado por uma placa de ao com dimenses de 200x200 mm2 e 50 mm de espessura (Fig. 24).

Fig. 24 Geometria dos modelos ensaiados

Em todos os modelos foi atingida uma rotura por punoamento, caracterizada por ser de carcter repentino. Na Fig. 25 pode-se observar o aspecto das lajes aps rotura por punoamento.

Fig. 25 Aspecto da rotura por punoamento

Com base nos resultados experimentais concluiu-se que o sistema proposto permitiu reduzir as deformaes at cerca de 70% e diminuir as extenses nas armaduras longitudinais superiores at cerca de 80%. Verificou-se um aumento mdio da capacidade de carga ao punoamento de 40% para os modelos com 100 mm de espessura e de 51% para os modelos com 120 mm de espessura, relativamente aos seus modelos de referncia, DF1 e DF4, respectivamente. Assim, possvel afirmar que o sistema desempenha o papel que lhe exigido, uma vez que permite melhorar consideravelmente o comportamento em servio, alm de que permite uma melhoria da capacidade resistente. Na Fig. 26 compara-se o comportamento de uma laje no reforada com uma laje reforada. Verifica-se que no instante de aplicao do pr-esforo d-se uma considervel diminuio dos deslocamentos e constata-se a maior carga de rotura. Nesta mesma

2300

2300

200

200

1200

1200

50

2300

2300

200

200

1200

1200

50


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figura apresenta-se os resultados relativos evoluo das foras nos cordes medida que se carrega a laje, constatando-se que a carga nos mesmos aumenta com o aumento da carga no centro da laje. Este efeito benfico, uma vez que, desta forma, as foras de desvio junto ao pilar aumentam, promovendo assim um aumento da capacidade de carga.

Fig. 26 Comportamento de uma laje no reforada e de uma laje reforada

Os resultados forma comparados com o EC2 [9] e com o MC2010 [10] tendo-se obtido uma relao mdia entre a carga de rotura experimental e a carga prevista de 0.96 e 1.15, respectivamente, para o EC2 e para o MC2010. Importa referir que o MC2010 permite estimar as rotaes dos modelos com uma boa aproximao, tendo-se obtido uma relao mdia entre a rotao registada e a prevista de 1.02 com um COV de 0.15.

Posteriormente aos ensaios de rotura ao punoamento foram executados ensaios para estudar o comportamento na ps-rotura. Verificou-se que logo aps a rotura por punoamento d-se uma diminuio rpida na carga aplicada na laje, acompanhada de grandes deslocamentos. Nesta nova fase do carregamento os modelos desenvolveram alguma resistncia, embora a rigidez seja muito inferior registada durante o ensaio at rotura, sendo que o comportamento foi semelhante na maior parte dos ensaios (Fig. 27).

Fig. 27 Comportamento na fase ps-rotura por punoamento

0255075

100125150175200225250275300

0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0

Deslocamento (mm)

Car

ga (k

N)

D1 e D5

D1 e D5

0255075

100125150175200225250275300

0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0

Deslocamento (mm)

Car

ga (k

N)

D1 e D5

D1 e D5

020406080

100120140160180200220240260280300

0 20 40 60 80 100 120Fora nos Cordes Aps Transmisso PE (kN)

Car

ga (k

N)

Cordo 1 Cordo 2

Cordo 1

Cordo 2

Laje Referncia Laje Reforada

Laje Reforada

0255075

100125150175200225250275300

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0

Deslocamento (mm)

Car

ga (k

N)

D1 e D5 D2 e D4 D6 e D7

D1 e D5

D2 e D4 D6 e D7


19

O facto dos modelos reforados terem desenvolvido uma importante resistncia na fase ps-colapso indica que este sistema permite evitar que ocorra o fenmeno de ps-colapso generalizado, tal como ocorreu nos casos referidos na Fig. 3, e portanto, um aspecto importante deste sistema de reforo. A resistncia na fase de ps-rotura foi promovida pelas componente vertical da fora nas armaduras longitudinais superiores, uma vez que estas se encontravam presas pelos desviadores dos cordes que apoiavam sobre estas (Fig. 28).

Fig. 28 Aspecto de um modelo aps atingir carga mxima de ps-rotura por punoamento

Importa referir que previamente aos ensaios das lajes foi desenvolvido um programa experimental com o objectivo de estudar o comportamento aderente dos cordes de ao quando selados com um agente de aderncia. Com base nos resultados obtidos possvel determinar qual os nveis de fora que possvel desenvolver nos cordes tanto na fase de transmisso das mesmas para a laje, como durante o carregamento da laje at que se atinja a rotura. Estes resultados podem ser consultados em [11,12].

Agradecimentos

Estes trabalhos tiveram o apoio da Fundao para a Cincia e Tecnologia - Ministrio da Cincia, Tecnologia e Ensino Superior atarvs de uma bolsa de doutoramento nmero SFRH/BD/37538/2007 e do Projecto PTDC/ECM/114492/2009. Gostaramos tambm de


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agradecer Concremat pela execuo dos modelos em beto armado, HILTI Portugal pelo adesivo HIT RE-500 e pelo equipamento de furao e VSL pelos cordes de pr-esforo.

Referncias

[1] Bondy, K.B. Externally Applied Post-Tensioning Systems. Structure Magazine, July 1995, pp. 14-17. [2] Ramos, A. M.: Reparao e Reforo de Lajes Fungiformes ao Punoamento, Dissertao de

Mestrado, Universidade Tcnica de Lisboa, Instituto Superior Tcnico, 1995. [3] Duarte, I.: Comportamento ao Punoamento de Lajes Fungiformes Reforadas com Parafusos,

Dissertao de Mestrado, Universidade Tcnica de Lisboa, Instituto Superior Tcnico, 2008. [4] Lus, M.: Punoamento Cclico de Lajes Fungiformes Reforadas com Pr-Esforo Transversal,

Dissertao de Mestrado, Faculdade de Cincias e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2010. [5] Incio, M.: Comportamento ao Punoamento de Lajes Fungiformes Reforadas com Parafusos

Efeito da rea e Posicionamento da Ancoragem, Dissertao de Mestrado, Faculdade de Cincias e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2010.

[6] Gomes, J..: Efeito da Aderncia na Resistncia ao Punoamento de Lajes Fungiformes Reforadas com Parafusos Transversais, Dissertao de Mestrado, Faculdade de Cincias e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2010.

[7] Faria, D.M.V., Lcio, V.J.G, and Ramos, A.M.P. Strengthening of Reinforced Concrete Flat Slabs using Post-Tensioning with Anchorages by Bonding. fib Symposium - Concrete: 21st Century Superhero, London, Junho, 2009.

[8] Artigo engineering structures. [9] Instituto Portugus da Qualidade, NP EN 1992-1-1 Eurocdigo 2: Projecto de Estruturas de Beto

Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifcios, 2010. [10] Federation International du Beton. Model Code 2010, First Complete Draft, fib Bulletins N 55 and 56,

2010. [11] Faria, D.M.V., Lcio, V.J.G, and Ramos, A.M.P. Pull-Out and Push-In Tests of Bonded Steel Strands.

Magazine of Concrete Research, MACR-D-10-00068, aceite em Setembro 2010. [12] Faria, D.M.V., Lcio, V.J.G, and Ramos, A.M.P. Bond Behaviour of Prestress Steel Strands Bonded

With an Epoxy Adhesive and a Cement Grout for Flat Slab Strengthening Purposes Experimental Study. 3rd fib International Congress, Washington, Maio-Junho, 2010.

Sistemas de Reforço de Lajes Fungiformes

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