Estruturas de Betão da concepção à execução IST 30 de Setembro de História das construções em betão. Concepção das Estruturas o estudo prévio

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1 Estruturas de Betão da concepção à execução IST 30 de Setembro de 2013 Sumário: História das construções em betão Concepção das Estruturas o estudo prévio Projecto de execução a pormenorização Execução de estruturas a obra 1

2 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO OS ROMANOS BETÃO SIMPLES Panteon de Roma 127 DC Cúpula de 50 m de diâmetro realizada com betão de agregados leves 2

3 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO Estrutura em ferrocimento Lambot ( 1848 ) 3

4 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO OS PRIMEIROS ESTUDOS E AS PRIMEIRAS PATENTES DE BETÃO ARMADO Lambot, Monier, Wayss, Coignet, Wilkinsen, Considère, Mesnager, Rabut, Cottancin, Hyatt Monier

5 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO PIONEIROS DO BETÂO ARMADO Lambot Monier Hennebique Maillart Freyssinet Nervi Torroja Edgar Cardoso Leonhardt Isler Menn Walther

6 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO FRANÇOIS HENNEBIQUE 6

7 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO SISTEMA HENNEBIQUE 7

8 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO SISTEMA HENNEBIQUE 8

9 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO HENNEBIQUE - OBRA Sede da Maison Hennebique Paris, 1900 Royal Liver Building (17 pisos) Liverpool,

10 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO HENNEBIQUE - OBRA Ponte del Resorgimento, Roma Vão 100 m Data de inauguração

11 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO HENNEBIQUE OBRA EM PORTUGAL Edifício de Moagem do Caramujo Cova da Piedade 1898 António Gomes (industrial) Jacques Monet (construtor) Ref.: Antero Ferreira 11

12 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO HENNEBIQUE OBRA EM PORTUGAL ( construtor Moreira de Sá e Malevez ) Ponte Luís Bandeira Sejaes, EN333-3, Viseu 1907 Arco com 44 m de vão (duração da obra 3 meses e 4 dias) 12

13 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO AS PRIMEIRAS NORMAS 1904 Regulamento Alemão do Betão Armado 1906 Instructions Relatives a L Emploi du Béton Armé (20/10/1906) 1918 Regulamento Português, DEC 4036 de 28/03/1918 Regulamento para o Emprego do Beton Armado OS PRIMEIROS MANUAIS CHRISTOPHE, PAUL 1902 Le Béton Armé et ses Aplications MORSCH, EMIL 1909 Le Béton Armé 13

14 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO E. MÖRSCH Ref.: Le Béton Armé,

15 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO E. MÖRSCH 15

16 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO M. REGIMBAL Data da Construção 1919 Ref.: Cours Supérieure de Béton Armé M.G. Espitalier, M. Régimbal,

17 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO CHALAND DE MER EN BÉTON ARMÉ M. Régimbal,

18 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO EUGÉNE FREYSSINET Pont du Veurdre, ,5 m - 72 m - 67,5 m Ponte de Mosteiró, 1968, E. Cardoso Vãos 42m-110m-42m 18

19 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO EUGÉNE FREYSSINET Pont de Luzancy (Sena), 1945 Tabuleiro pré-esforçado préfabricado com 55 m de vão (Tese Prof. Joaquim Sarmento, FEUP Betão Pré-esforçado ) 19

20 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO ROBERT MAILLART Pont de Salgina, 1930 Arco triarticulado com 90,04 m de vão 20

21 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO ROBERT MAILLART Ensaios de lajes fungiformes,

22 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO PIER LUIGI NERVI Estádio de Florença, 1932 Consola com 17 m de vão 22

23 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO PIER LUIGI NERVI Palazetto dello Sport, ROMA, 1957 Cúpula de 50 m de diâmetro, préfabricada com 1620 peças 23

24 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO JOÃO BARBOSA CARMONA ( JAE ) Viaduto Duarte Pacheco, Lisboa, 1944 Arco Central 91,97 m 24

25 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO VIADUTO DUARTE PACHECO Corte longitudinal da estrutura dos viadutos 25

26 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO EDGAR CARDOSO Ponte da Arrábida sobre o Rio Douro, m de vão (Record do mundo em 1963) 26

27 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO JOÃO LOBO FIALHO Ponte de Vila Nova de Milfontes sobre o Rio Mira,

28 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO Barragem do Cabril, m de altura e 360 m de desenvolvimento Barragem Abóbada de Dupla Curvatura 28

29 NOTA HISTÓRICA SOBRE AS CONSTRUÇÕES EM BETÃO OSCAR NIEMEYER ( e JOAQUIM CARDOSO ) Estrutura Principal da Catedral de Brasília, ,6 m de altura e 70 m de diâmetro 29

30 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONCEPÇÃO Conhecer as actuais soluções alternativas para os vários problemas Exemplo: Edifícios Identificar os condicionamentos para cada problema Arquitectura Geotecnia Localização Processos Construtivos Analisar possíveis soluções (Estudo prévio) Pavimentos - Laje vigada - Laje fungiforme - Prefabricação Estrutura vertical - Pilares e Paredes - Estrutura Laminar - Estrutura Tubular 30

31 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONCEPÇÃO SÍSMICA Conhecer as actuais soluções alternativas para os vários problemas Evolução: Estruturas sismo resistentes Estruturas dúcteis Estruturas com isolamento de base ou sistemas dissipativos 31

32 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Estrutura principal reticulada 32

33 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Estrutura lajes fungiformes 33

34 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Estrutura laminar 34

35 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Estrutura tubular 35

36 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Soluções de pré-fabricação Vigas U Vigas T Alveolares Vigotas 36

37 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Edifícios com estrutura subdividida por juntas 37

38 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS CONDICIONAMENTOS Arquitectónicos Um edifício é projectado por um arquitecto para corresponder a um conjunto de objectivos e para desempenhar um conjunto de funções, os quais vão definir de forma marcante a solução estrutural. Por outro lado, o engenheiro deve conjuntamente com o arquitecto definir a solução estrutural por forma a que o comportamento da obra seja fiável e respeite os diversos requisitos funcionais. 38

39 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS CONDICIONAMENTOS Geotécnicos Na caracterização geotécnica para além da definição dos parâmetros que permitam optar pelo tipo de fundação directa (por sapatas ou por ensoleiramento geral) ou indirecta, deverá caracterizar-se a posição do nível freático e as condições de escavabilidade do terreno. A solução de fundações depende da caracterização geotécnica, do porte do edifício e das cargas transmitidas à fundação. 39

40 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS CONDICIONAMENTOS Localização No que se refere à localização da obra o aspecto determinante na concepção da estrutura de um edifício é o grau de sismicidade da região. No que se refere à durabilidade importa referir que uma estrutura que venha a ser realizada junto ao mar requer medidas de protecção adicionais. Também a localização afecta o valor de outras acções actuantes na estrutura como seja o vento e a neve. 40

41 12.2 Concepção CONCEPÇÃO das Estruturas E PRÉ-DIMENSIONAMENTO O estudo prévio DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS CONDICIONAMENTOS Métodos Construtivos Utilização de pré-fabricação Adopção de pavimentos pré-esforçados Solução de cofragens Industrialização de armaduras A preparação detalhada da obra é neste contexto a chave para o sucesso destas actividades. 41

42 CONCEPÇÃO das Estruturas o estudo prévio CONCEPÇÃO Conhecer as actuais soluções alternativas para os vários problemas Exemplo: Pontes Identificar os condicionamentos para cada problema Topografia Geotecnia Localização Processos Construtivos Rodoviários e ferroviários Hidraulicos Serviços afectados Estética Analisar possíveis soluções (Estudo prévio) Ponte em Arco Tabuleiro com laje vigada Ponte suspensa Ponte atirantada 42

43 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Pontes em Arco 43

44 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Pontes em Arco 44

45 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Pontes de tabuleiro em laje vigada (vão único ou com tramos simplesmente apoiados) 45

46 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Pontes de tabuleiro em laje vigada (com tabuleiro tipo viga Gerber) 46

47 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Pontes de tabuleiro em laje vigada (contínua) 47

48 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com tabuleiro em laje vigada contínua perfil transversal (p). Pilares de altura média Perfil longitudinal 48

49 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com tabuleiro em laje vigada contínua perfil transversal com várias vigas 49

50 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com tabuleiro em laje vigada contínua perfil transversal Pilar com 1 único fuste Pilar alto com 1 único fuste com capitel 50

51 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com tabuleiro em laje vigada contínua perfil transversal Pilar com 1 único fuste Pilar alto com 1 único fuste sem capitel 51

52 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com cabos Ponte suspensa 52

53 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com cabos Ponte atirantada 53

54 Concepção das Estruturas O estudo prévio TIPOS DE SOLUÇÕES / FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL Ponte com cabos Tabuleiro tensionado 54

55 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Topográficos A orografia do terreno e a inclinação dos taludes condicionam a localização dos pilares e vãos das pontes e têm naturalmente influência decisiva no traçado da via, seja rodoviária seja ferroviária. 55

56 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Rodoviários e Ferroviários O traçado e as características da via rodoviária ou ferroviária, indicadas na planta e perfil em que se desenvolve a ponte ou viaduto, estabelecem a altura do tabuleiro ao solo, a largura do tabuleiro e a sua geometria em planta (directriz da via) e em alçado (perfil) longitudinal. Constituem também condicionamentos rodoviários e ferroviários as características das vias que se localizam sob a ponte ou viaduto. 56

57 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Hidráulicos O atravessamento de rios ou ribeiras têm dois tipos de implicações um no próprio traçado, uma vez que a cota inferior do tabuleiro deve estar acima da cota da máxima cheia (nível de cheia calculada para um período de retorno de 1000 anos) e outro na localização dos pilares e encontros. Os pilares não deverão, sempre que possível, ser localizados no leito menor do rio e os encontros não deverão ser localizados no leito maior. 57

58 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Geotécnicos É fundamental caracterizar o terreno de fundação das estruturas na fase inicial da elaboração de um projecto. Tal caracterização vai permitir definir o tipo de fundação da obra - directa ou indirecta (por estacas). Para além da escolha do tipo e profundidade a atingir com a fundação a caracterização do terreno é fundamental para a definição da acção sísmica (ver Capítulos 2 e 10) e para a concepção dos métodos construtivos a adoptar na escavação ou furação do terreno. 58

59 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Serviços afectados É importante fazer, no início do projecto, o levantamento das infraestruturas (postes e redes eléctricas e de telecomunicações, condutas de água e gás, ) porque poderão justificar alterações de traçado e requerem que se planeia o restabelecimento dessas infraestruturas quando são afectadas pela execução ou implantação da obra. 59

60 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Localização da obra A localização da obra repercute-se em diversos aspectos da concepção de uma ponte: Ao nível das acções mecânicas; Ao nível das acções agressivas; Ao nível do enquadramento paisagístico e arquitectónico. 60

61 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Métodos construtivos Execução do tabuleiro (muito dependente do vão) Prefabricação Betonagem in situ totalidade do tabuleiro com vários elementos com cimbre ao solo com cimbre autolançável com carros de avanços com empurro 61

62 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Métodos construtivos Execução de pilares Prefabricação Betonagem in situ com moldes correntes com cofragem trepante com cofragem deslizante 62

63 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Métodos construtivos Directas com ou sem contenção provisória Execução de fundações Indirectas com tubo molde perdido moldadas no terreno 63

64 Concepção das Estruturas O estudo prévio CONDICIONAMENTOS Estética A estética de uma ponte pode considerar-se como a beleza da construção e da sua percepção pelos nossos sentidos. Neste conceito estão envolvidas as ideias de proporção, a satisfação pela utilidade da obra, a sua forma, a textura e a cor, a integração com o ambiente e a ética. 64

65 DA CONCEPÇÃO À EXECUÇÃO Estudo Prévio CONCEPÇÃO - CRITÉRIOS Segurança Qualidade estética e funcional Durabilidade Robustez Flexibilidade Economia ESTUDO PRÉVIO Possíveis soluções Prédimensionamento Estimar custos Escolha da solução a desenvolver 65

66 Projecto de Execução A pormenorização DIMENSIONAMENTO PROJECTO DE EXECUÇÃO Verificação do pré-dimensionamento. Modelação Dimensionamento de armaduras e pré-esforço Preparação de desenhos pormenorização de armaduras (coerência com os modelos de cálculo. Pormenorização) 66

67 Pormenorização de Armaduras Posicionamento das armaduras Espaçadores de betão

68 Pormenorização de Armaduras Posicionamento das armaduras

69 Pormenorização de Armaduras Dobragem das armaduras

70 Pormenorização de Armaduras Amarração das armaduras - aderência aço-betão

71 Pormenorização de Armaduras Amarração das armaduras comprimento de amarração lb,min Júlio Appletion

72 Pormenorização de Armaduras Emendas entre armaduras sobreposição

73 Pormenorização de Armaduras Emendas entre armaduras por soldadura

74 Pormenorização de Armaduras Emendas entre armaduras por acopladores mecânicos

75 Lajes Maciças Vigadas Disposição de armaduras em lajes

76 Lajes Maciças Vigadas

77 PORMENORIZAÇÃOES DE ARMADURAS Laje vigada 77

78 PORMENORIZAÇÃOES DE ARMADURAS Laje vigada Corte vertical 78

79 Pormenorização de vigas Armadura Longitudinal (DCL ) A sl,min 0.26 f ctm f yk b t d b t d

80 Pormenorização de vigas Armadura de esforço transverso Estribos envolvendo as armaduras em tracção e a zona comprimida Os estribos devem pelo menos corresponder a 50% das armaduras de V Rd.

81 PORMENORIZAÇÃOES DE ARMADURAS Vigas 81

82 Pormenorização de Pilares

83 Pormenorização de Pilares

84 Pormenorização de pilares 84

85 Pormenorização de Pilares Pormenorização de pilares 85

86 Pormenorização de Pilares 86

87 Fundações - sapatas

88 Fundações - estacas 88

89 Execução a obra A OBRA Preparação da obra Mobilização de equipamento e materiais Execução Controlo de qualidade (projectista + fiscalização + construtor) Telas Finais (ATO s) 89

90 Cofragens, Cimbres e Andaimes Cofragem com painéis de contraplacado marítimo Moldes em betão vazado para aligeiramento da laje

91 Cofragens, Cimbres e Andaimes Apoio de cimbre ao solo Cimbre ao solo do tipo contínuo

92 Armaduras para Betão Armado Exemplo de armazenamento do aço evitando o contacto com o solo

93 Armaduras para Betão Armado Espaçador plástico em pilar o qual pode rodar quando da colocação da cofragem de introdução das armaduras no modelo Exemplo de espaçador pré-fabricado em betão

94 Betonagem Betonagem da laje de um edifício

95 Pré-fabricação