EFEITOS DE DEFORMAÇÕES IMPOSTAS / RESTRINGIDAS JUNTAS DE DILATAÇÃO EM EDIFÍCIOS DE BETÃO

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1 EFEITOS DE DEFORMAÇÕES IMPOSTAS / RESTRINGIDAS JUNTAS DE DILATAÇÃO EM EDIFÍCIOS DE BETÃO ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS, ABRIL 2011 João F. Almeida José N. Camara Miguel Lourenço

2 ÍNDICE Introdução Acções: Acções Directas / Indirectas Deformações Impostas / Restringidas em Estruturas de Betão Sobreposição dos Efeitos de Acções Directas e Indirectas Variações de Temperatura Retracção Efeitos de Deformações Impostas (em elementos verticais) Verificação aos ELU (com consideração das deformações impostas Ductilidade) Efeitos do confinamento Verificação aos ELS (com consideração das deformações impostas) Controlo da fendilhação Danos (distorção imposta) nas paredes de alvenaria Efeitos de Restrições Longitudinais (em Lajes e Vigas) Verificação em Serviço Laje com deformação restringida pela ligação às paredes das caves Juntas em Estruturas de Edifícios

3 Acções Directas Indirectas / Deformação Imposta Peso Próprio Variação de Temperatura Restantes Cargas Permanentes Sobrecargas Acções Horizontais (Vento) Efeitos da Retracção Efeitos dos Incrementos da Deformação Por Fluência Assentamentos Diferenciais de Apoios Acção Sísmica 3

4 Acções Directas / Indirectas M Deformações Impostas + Sismo Mrd Acções Directas + Sis smo 1/R M R Lp θ =1/R.Lp M Em Serviço 1/Ry Na Rotura 1/Ru Relevância das Características de Resistência / Ductilidade, na Rotura, para os Diferentes Tipos de Acções 4

5 Deformações Impostas/Restringidas em Estruturas de Betão Caracterização Da Acção Influência Principal No Comportamento Em Serviço Avaliação da Resposta Estrutural Pode Também Afectar A Durabilidade Principalmente importantes para os Estados Limites de Utilização Nos Estados Limites Últimos trata-se, essencialmente, de uma questão de Ductilidade Serviço Rotura 5

6 Deformação Imposta de Flexão, sobreposta à das Cargas M EM SERVIÇO: elast id = ξ M id ξ < 1 Quando o Efeito da Deformação Imposta é Lento no Tempo o Coeficiente ξdepende, Para Além da Fendilhação, da Fluência. Para uma Peça Não Fendilhada ξ=1/(1+χφ) 0.3 6

7 Variação de Temperatura Parcela Relevante Para Edifícios 7

8 Variação de Temperatura Parcela Uniforme: variações anuais de temperatura em relação à temperatura média anual do local. Parcela Diferencial: variações térmicas diárias (dependem das características climáticas locais e das características térmicas da estrutura). Estrutura Isostática Deslocamento Horizontal Estrutura Hiperestática Esforços Axiais Estrutura Isostática Curvatura Estrutura Hiperestática Esforços de Flexão 8

9 Retracção Diminuição gradual de volume de betão ao longo do processo de endurecimento, na ausência de cargas aplicadas. RETRACÇÃO HÍDRICA: perda de água do betão utilizada no seu fabrico; Retracção Plástica: ocorre antes do betão adquirir a presa, ou seja, antes que as propriedades mecânicas se encontrem desenvolvidas; Retracção Química: redução do volume absoluto da pasta de cimento, quando se dá a hidratação do cimento; Retracção Térmica: tem em conta o arrefecimento do betão devido ao efeito das reacções químicas de hidratação do cimento (exotérmicas) / retracção provocada pelo gradiente térmico entre o interiordoelementodebetãoeomeioexterior; 9

10 Retracção Hídrica Perda de água em excesso na pasta de cimento Retracção Endógena / Auto-dissecação Retracção de Secagem / Dissecação - Perda de água que se encontra nos poros capilares do cimento; - Ocorresemtrocasdehumidadecomoexterior; - Aumenta com a diminuição da relaçãoágua/cimento; - Retracção maior para betões de alta resistência; - Cercade80%ocorreatéaos28diasdobetão. - Ocorre pela difusão da água na direcção das faces expostas; - Secagem do betão devido a um gradiente hídrico entreointeriordobetãoeoarambiente; - Aumenta com o aumento da relação água/cimento; - Retracção menor para betões de alta resistência; - Parcela mais significativa da retracção global; - Duraváriosanosatéqueobetãofiqueseco. 10

11 Retracção Hídrica 11

12 Efeitos das Deformações Impostas(em elementos verticais) Características do Edifício NºdePisos:2 Dimensões: L=120 m B=20m Espessura Laje: e=0,2 m Pilares: 0,3x0,75 m^2 Acções Consideradas - Cargas Permanente (PP+ RCP) -Variação da Temperatura ( T=-15ºC) - Retracção ( T=-30ºC)

13 E.L. Último Msd = 580 knm δ = 0,026 m θ = δ/h = 0,026/3,75 = 0,007 Δχ = θ/lp 0,007/(1,2.0,75) = 0,008 M el / (1+xϕ) 1000 knm

14 Relação Momento-Curvatura dos Pilares de Extremidade Msd=593kNm χ = χ = Δχ= χ ysi Asi Ncp(kN) Binf(m) Bsup (m) Hy (m) E E E-04 Relação Momentos Curvaturas E E E NOTA : Ductil. disponível para o Sismo μφ disp = χu/ χy (0.0187/0005) = 3.74, a comparar com μφ nec = (2.q 0 1) q 0 2.4? Ver Confinamento M [knm] χ [rad/m]

15 CONFINAMENTO Tensão transversal de confinamento factor de eficiência α = α n α s 15

16 CONFINAMENTO Relação Constitutiva Relação Constitutiva para betão confinado Relação Constitutiva (de cálculo) Relação Constitutiva (de cálculo) para Betão Confinado 16

17 Efeitos do confinamento do betão Percentagem mecânica de armaduras de cintagem: ω α s wd = V V armaduras BETÃOCONFINADO s s = b0 2 h f f 0 yd cd 0, = = 0,215 0,20 0,65 20 Redução em alçado para secções rectangulares: 0,10 0,10 = 1 1 = 0, ,20 2 0,65 Msd=593kNm χ = Δχ= Relação Momentos Curvaturas χ Redução em planta do volume confinado: α n ϖ wd n bi = 1 6 b h 0 Obtém-se finalmente: , , ,20 = 1 6 0,20 0,65. α. α = 0,215.0,692.0,590 = 0,088 s n 2 = 0,590 * fck = fck.(1, ,25. ϖ wd. α s. α n) = 1,235. fck = 37, 04MPa M [kn m ] χ [rad/m] εc = * * f ck ε 1 1. c = ε c = 0,0022. = fck 2 ( 1,235) 0, * ε cu1 = ε cu1 + 0,1. α s. α n. ϖ wd = 0, ,0083 = 0,0123 χ χ εs =43

18 E.L. Utilização Avaliação do comportamento não linear dos pilares de Extremidade, para condições de serviço 700 Relação entre o momento flector na base do pilar em função do deslocamento de topo; Análise estática não linear; Por ex., aplicação progressiva dos deslocamentos, até se atingir o valorpretendido(δ=0,026m) Após Cedência Comportamento Fendilhado Comportamento Linear L=120m δ (dt+r) = 0,026 m M = 510 knm > Mcedência σ = 435 MPa Considerando uma junta de dilatação a meio do edifício, tem-se: L=60m δ (dt+r) = 0,013 m M = 400 knm < Mcedência σ 330 MPa

19 Danos Em Elementos Não Estruturais Controlo de danos em PAREDES DIVISÓRIAS (não estruturais) γ δ/ L < (3 a 5) L=120m δ (dt+r) = 0,026 m γ / 3.75 = 7 Considerando uma junta de dilatação a meio do edifício, tem-se: L=60m δ (dt+r) = 0,013 m γ / 3.75 = 3.5

20 Efeitos das Restrições Longitudinais nas Lajes e Vigas do Piso Tracções na Laje - CP+dT+R/(1+ ψ.ϕ) Estruturas sujeitas a Deformações Impostas Restringidas: -Pelas ligações ao exterior - Entre os diferentes elementos estruturais Induzem tensões axiais de tracção no betão Propiciam o aparecimento de Fendas Aberturas têm de ser limitadas ex: quantidades de armadura adequadas na direcção perpendicular a possíveis fendas transversais Forças segundo a direcção x Forças segundo a direcção y

21 Deformação Imposta Axial, Sobreposta à Flexão Devida a Cargas 21

22 Controlo da Fendilhação (com efeitos das deformações restringidas) Forças segundo a direcção x Ncr 2.9 x 10 3 x 0.2 = 600 kn/m Verificação De Tensões Em Serviço- Flexão Composta N Ncr σs (N/2+M/z)/As Valores de Referência: Cqp: σsmax 300MPa Verificação da Abertura de Fendas Crara: σsmax<0.8fsyk=400mpa

23 E V1.1(.25x.75) Deformação da Laje Restringida por Parede de Cave B V1.1(.25x.75) V1.1(.25x.75) V1.1(.25x.75) V1.1(.25x.75) V1.1(.25x.75) V1.1(.25x.75) 1.65 V2.1(.25x.75) V2.1(.25x.75) V2.1(.25x.75) V2.1(.25x.75) V4.1(.20x.75) V5.1(.20x.75) V5.1(.20x.75) V6.1(.20x.75) B B 1.10 V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) V3.1(.25x.75) A A B A A 68.25

24 As dimensões em planta do edifício 120mx70m e o inconveniente que seria a adopção de juntas de dilatação, conduziram à necessidade de uma análise detalhada das Devido à diferença de idades e de condições termo-higrométricas existe retracção diferencial entre as lajes e o muro do alçado Norte. deformações impostas na estrutura. Retracção εcs(t) Laje Muro t [anos]

25 Retracção εcs(t) Laje Muro t [anos] Forças de membrana F 11 [kn ] y [m]

26 Distribuição das forças de membrana nas lajes Forças de membrana F11 [kn] y [m] Corte A-A. Forças de membrana Fxx. Tensões médias de tracção 2.0MPa a 3.5MPa

27 React 405 series - Seismic Floor Systems Joint Widths 25mm to 200mm A01 / A02

28 React 747 series Heavy Duty Seismic Joint Widths 75mm to 150mm

29 React 2000 series Floor Wall and Ceiling Fire Barriers 1 & 2 Hours Joint Widths 15mm to 150mm