Ligações nas Estruturas Pré-Fabricadas

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1 Ligações nas Estruturas Pré-Fabricadas Para além do facto de, nas estruturas de betão com pré-fabricação, se terem elementos estruturais não executados na sua posição final, a especificidade da pormenorização e execução das LIGAÇÕES é a principal característica que distingue estas estruturas das totalmente executadas in situ. É portanto natural que um importante esforço de engenho e investigação sejam dispendidos para encontrar as soluções mais eficientes tendo em consideração: a economia, a simplificação do processo construtivo e as características de comportamento das ligações quando em serviço e submetidas a condições de cargas extremas. 1

2 Definição da Ligação Em geral, distinguem-se as denominações: A ligação Ligação (connection) Juntas de interface (joints). diz respeito ao conjunto dos elementos e sua pormenorização que permitem globalmente assegurar a transmissão de tensões entre dois ou mais elementos estruturais. A junta de interface, por sua vez, diz respeito a uma superfície de ligação directamente entre betões de idades diferentes (igual ou semelhante à junta de construção na betonagem in situ ) ou com outros materiais de ligação (grouts, resinas epoxídicas, neoprene, etc.) entre eles. A ligação é mais geral e pode incluir várias juntas de interfaces. 2

3 Tipo de Ligações entre Elementos Existem no essencial três níveis de ligação entre elementos estruturais: Ligações Simples, portanto com liberdade de rotação Nestes casos, na obra, a ligação é executada, com apoios simples (com ou sem neoprene) utilização de pernos com grouts de ligação e/ou ligações aparafusadas. Ligações com Continuidade Nestas situações há que realizar, em geral, betonagens localizadas in situ, adopção de sistemas especiais de ligação, injecção de caldas ou execução de soldaduras. Ligações Semi-Rígidas São ligações em que se assume uma continuidade estrutural limitada. 3

4 Soluções Tipo de Ligações entre Vigas em Apoios Intermédios de Passagens Superiores e/ou Viadutos Pouco eficiente estruturalmente Maior risco de degradação com o tempo Risco grande de fendilhação da laje sobre a junta Má transmissão de cargas axiais devido às forças de massas sísmicas Maior eficiência estrutural Melhor transmissão de forças tabuleiro/pilar 4

5 Situação em Portugal Pontes e Viadutos Nas Pontes e Viadutos a utilização da pré-fabricação para obras com alguma repetitividade tem sido muito grande nos últimos anos, em particular com a construção de auto-estradas em sistema de concepção/construção, tipo SCUT. Desde logo se apontou para a utilização de soluções de ligação que assegurassem continuidade estrutural pois: São mais eficientes estruturalmente no controlo da deformação e, por conseguinte, permitem adoptar soluções mais esbeltas (elegantes) Permitem uma muito mais eficaz e fiável transmissão de forças entre elementos e capacidade de absorção de energia, aspectos particularmente significativos para o comportamento à acção sísmica Diminuem as juntas estruturais que podem ser, por infiltração de água, fonte de degradação da zona da ligação e dos aparelhos de apoio. 5

6 Passagem Superior com o Tabuleiro com Vigas Pré- Fabricadas apoiadas em Paredes de Betão Armado 6

7 Pormenor da Execução e da Ligação Parede/Tabuleiro 7

8 Execução das Ligações Com apoios provisórios exteriores à estruturas VIGA LAJE APOIOS PROVISÓRIOS ESCORAMENTO DA VIGA PILAR 8

9 Execução das Ligações Utilizando os apoios definitivos ou provisórios colocados na própria estrutura 9

10 Pormenor de Ligações das Vigas sobre os Pilares Ligação com continuidade viga/pilar Corte longitudinal Corte transversal Ligação com junta préesforçada e apoio fixo ou móvel sobre o pilar 10

11 Solução mais Tradicional com Vigas Pré-Esforçadas por Pós-Tensão 11

12 Viaduto Ferroviário com Continuidade Vigas pré-fabricadas em Continuidade sobre os apoios com pré-esforço: cabos rectos na laje cabos curvos no cepto central 12

13 Pormenor da Ligação sobre os Pilares Geometria da viga junto aos pilares: Abertura para ligação por, betão in situ, do aparelho de apoio ao diafragma transversal Extensões da alma para apoio provisório das vigas nos capiteis dos pilares e para execução de uma junta de interface com grout cimentício ao longo das almas. Disposição das armaduras do diafragma com empalmes às armaduras de espera das vigas pré-fabricadas 13

14 Viaduto com Vigas Pré-Fabricadas sem Betonagem sobre os apoios VARIÁVEL Lt. no eixo= 1548 Corte longitudinal da viga pré-fabricada Amaciçamento sobre o apoio incluído na viga préfabricada Ligação longitudinal das vigas préfabricadas com barras de pré-esforço após colocação de grout entre as vigas TROÇO RECTO JUNTA TROÇO EM CURVA JUNTA Ligação das vigas aos aparelhos de apoio através de enchimento com grout de bainhas verticais encaixadas nos pernos dos aparelhos de apoio PLANTA NA LIGAÇÃO 14

15 Cobertura de uma Ribeira no Centro do Funchal Solução com vigas pré-fabricadas com um apoio simples no muro de alvenaria e uma boa ligação transversal entre vigas sobre o muro. Laje entre vigas realizada com recurso a pré-lajes pré-fabricadas com camada de betão superior assegurando-se, portanto, continuidade estrutural. 15

16 Cobertura de uma Ribeira no Centro do Funchal Vigas Pré-fabricadas no estaleiro da obra com pós-esforço, 0.30m de largura e espessamento nas extremidades Laje do tabuleiro com prélajes e ligação continua da viga pré-fabricada com a laje do tabuleiro 16

17 Pormenorização da ligação das vigas ao muro da Ribeira NOTAS: Sem necessidade de ferrolho de ligação à parede Sem necessidade de furar as vigas pré-fabricadas para passagem de armadura inferior e da alma da carlinga 17

18 Viaduto SATUOeiras Construído com Pré-Fabricação 18

19 Soluções Pré-Fabricadas para o Viaduto do SATUOeiras Veículo na fase de testes Detalhes do Sistema Mecânico Carris normais. Sistema de tracção por cabos. Roldanas de guiamento dos cabos. 19

20 Soluções Pré-Fabricadas no Viaduto do SATUOeiras 20

21 Ligação de Vigas Pré-Fabricada num Viaduto do SATUOeiras Continuidade com betão armado das vigas pré-fabricadas Junta de interface exterior ao apoio dos pilares 21

22 Solução da Pré-Fabricação nas Zonas Curvas Column Column 22

23 Solução da Pré-Fabricação nas Zonas Curvas POST-TENSION CABLES PLAN VIEW GROUT Geometria, Dimensionamento e Execução da Ligação 23

24 Solução prevista na fase seguinte da Obra Solução tipo: Viga pré-fabricada com forma exterior esteticamente melhorada Pré-esforço de continuidade sobre os apoios Solução especial sobre Auto-Estrada: Manutenção da solução tipo com junta de betonagem a aproximadamente 1/5 do vão 24

25 Pormenor do apoio sobre os pilares da Auto-Estrada 25

26 Pré-Fabricação em Edifícios em Portugal Nos Edifícios a pré-fabricação em Portugal tem estado bastante limitada, parecendo que é chegado o momento para um maior incremento da sua utilização. Até ao presente tem-se assistido à utilização de pré-fabricação de betão estrutural em Pavilhões Industriais em quantidade significativa. No entanto, por vezes recorrendo a soluções com pouca inovação. Também em Edifícios de Zonas Comerciais grandes ou/e Parques de Estacionamento têm havido casos em que soluções com pré-fabricação têm sido utilizadas. Em Edifícios de Habitação ou de Escritórios, para além dos casos tradicionais dos pisos com vigotas (mais adoptados no Norte do País) o recurso à préfabricação tem sido escassa. A divulgação de sistemas alternativos de ligações, a consciencialização das vantagens construtivas por parte de técnicos e empresas de construção e um maior acento no ensino dessas soluções, deverá dar uma contribuição significativa para esse incremento. 26

27 Ligação Vigas/Pilar Simples e com Continuidade num Edifício Industrial 27

28 Sistema Ortogonal de Vigas Pré-Fabricadas de uma Cobertura Caso de uma apoio central 28

29 Soluções de Ligações Piso/Elementos Verticais com Continuidade para Edifícios Viga/Pilar Laje/Parede PAREDE BETONADA "IN-SITU" ELEMENTOS METÁLICOS DE APOIO PROVISÓRIO PAREDE PRÉ-FABRICADA PRÉ-LAJE APOIOS PROVISÓRIOS 29

30 Projecto de Investigação sobre o Comportamento Sísmico de Ligações Aparafusadas com Continuidade emendas mecânicas armadura superior com continuidade emendas mecânicas bainha para injectar com calda armadura inferior sem continuidade armadura inferior com continuidade 30

31 Projecto de Investigação sobre o Comportamento Sísmico de Ligações Aparafusadas com Continuidade Historial de carregamento Diagrama F δ/δ y F pico (kn) 50 F (kn) Ciclo ,0-3,0-2,0-1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 δ/δ y Coeficiente de comportamento µ d = (q+1) 2 /4 µ d = 3 q = 2,5 Rotura pelo varão 31

32 Soluções de Ligações Pilar/Fundação com Armaduras Encaixadas em Bainhas com Grout Encaixe no pilar Encaixe na sapata VARÃO DE ESPERA DA SAPATA N M ARMADURA DO PILAR BAINHA ENVOLVIDA COM CINTA HELICOIDAL E FERRO DE ESPERA VARÕES DE ESPERA DA SAPATA ORIFICIO PARA SELAGEM COM GROUT SELAGEM COM GROUT VARÕES DE ESPERA DO PILAR BAINHA ENVOLVIDA COM CINTA HELICOIDAL E FERRO DE ESPERA SELAGEM COM GROUT N 32

33 Solução Proposta com Pré-Fabricação do Pórtico i=2.5% i=2.5% 33

34 Soluções de Ligações Pilar/Fundação com Cavidade de Encaixe para o Pilar Modelo de cálculo Casos Práticos 34

35 Efeito do Mecanismo de Ferrolho Este efeito não é referido no Eurocódigo 2, e só pode ser considerado para a parcela da armadura não mobilizada por outra solicitação D u = 1.35 ε ε d 2 f f 1 b sy cc σ s f sy σ s tensão devido a outro efeito (tracção, flexão, interbloqueamento de inertes, ) com ε = e d b f cc f sy Analogia com a resistência de uma estaca 35

36 Mecânismo de Interbloqueamento de Inertes Base para a expressão regulamentar: v Rdi = c f ctd + µ σ n + ρ f yd (µ sin α + cos α) 0,5 ν f cd c 0.25 a 0.50 µ 0.50 a 0.90 α - inclinação dos ferros em relação à junta 45 α 90 Superfície identada c = 0.50 µ = 0.90 A h 2 10 d h 1 10 d B 30 C α C V Ed N Ed V Ed d 5 mm A - betão novo, B - betão antigo, C - amarração 36

37 Esforço Longitudinal nas Juntas de Betonagem ( do EC2) b i b i v Edi v Rdi v Edi é o valor de cálculo da tensão tangencial na junta dada por: v Edi = β V Ed / (z b i ) em que: β relação entre o esforço longitudinal na secção de betão novo e o esforço longitudinal total na zona de compressão ou na zona de tracção, ambos calculados na secção considerada V Ed esforço transverso z b i braço do binário da secção composta largura da junta 37

38 Esforço Longitudinal nas Juntas de Betonagem ( do EC2) (continuação) v Rd valor de cálculo da tensão tangencial resistente na junta dada por: v Rdi = c f ctd + µ σ n + ρ f yd (µ sin α + cos α) 0,5 ν f cd em que: c e µ são coeficientes que dependem da rugosidade da junta f ctd σ n é a resistência de dimensionamento do betão à tracção tensão devida ao esforço normal exterior mínimo na junta, que pode actuar simultaneamente com o esforço transverso, positivo se de compressão, com σ n < 0,6 f cd, e negativo se de tracção. Quando σ n éde tracção, c f ctd deve ser considerado igual a 0. ρ = A s / A i A s A i α ν área da secção de armaduras que atravessa a junta incluindo a das armaduras de esforço transverso (caso existam), com amarração adequada de ambos os lados da junta. área da junta deve ser limitado de modo que 45 α 90 é um coeficiente de redução da resistência 38

39 Expressão Regulamentar na Interface da Verificação ao Corte na Ligação Betão/Betão Expressão geral: v Rdi = c f ctd + µ σ n + ρ f yd (µ sin α + cos α) 0,5 ν f cd Sem compressão axial e com armadura perpendicular à superfície: v Rdi = c f ctd + µ ρf yd 0,5 ν f cd JUNTA BETÃO/BETÃO v ρ f yd (µ sin α + cos α) Edi c f ctd + µ σn V A FLEXÃO As armaduras 1 e 2 contribuem para a resistência ao corte A A ALMA COMPRESSÃO V M INTERFACE LONGITUDINAL VIGA/LAJE INTERFACE TRANSVERSAL DA ALMA DA SECÇÃO 39

40 Projecto de Investigação sobre o Comportamento de Juntas de Interface de Betões com Idades Diferentes 40

41 Pormenorização Tipo dos Ensaios Laboratoriais 41

42 Ensaio de Viga com Déficit de Armadura Transversal D 1 (V 1P ) D 1 (V 1REF ) Força C1 (kn) º Deslocamentos (mm) Junta A Junta B

43 Ensaio de Viga com Armadura Transversal Excedentária Junta B Força C1 (kn) D 1 (V 2P ) D 1 (V 2REF ) 33º L 8 (V 2P ) L 8 (V 2REF ) ε y Força C1 (kn)

44 Ensaio de Viga com Armadura Transversal Excedentária 0.25 s f 1 17º f2 44

45 Ensaios da Continuação do Projecto de Investigação Variação das características das juntas de ligação: Junta betão/betão simples ou com tratamento especial de superfície Variação da quantidade da armadura longitudinal Variação da inclinação das juntas

46 Pré-Fabricação de Elementos Repetitivos numa Obra Betonada in situ Viaduto da Padre Cruz (Lisboa) Devido à repetitividade e especificidade da geometria da treliça, esta foi préfabricada com ligação de continuidade às paredes da secção transversal. 46

47 Pré-Fabricação de Elementos Repetitivos numa Obra Betonada in situ Viaduto da Padre Cruz (Lisboa) Processo de posicionamento dos elementos pré-fabricados 47

48 Pré-Fabricação ao Serviço da Engenharia e da Estética 48

49 Conclusões A pré-fabrica fabricação no contexto do betão estrutural deve ser entendida num sentido muito lato Soluções de ligação para zonas com pouco risco sísmico ou com maior sismicidade são possíveis com eficiência. Com uma boa articulação projectista/empresa de pré-fabricação/empreiteiro geral são realizáveis soluções engenhosas e com valor estético, construtivamente económicas e eficientes do ponto de vista do comportamento estrutural. 49