REABILITAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS. Avaliação Estrutural de Estruturas Existentes

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1 REABILITAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS Avaliação Estrutural de Estruturas Existentes António Costa

2 REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO Enquadramento Avaliação do comportamento da estrutura existente Concepção e dimensionamento do reforço

3 Avaliação do Comportamento Estrutural REGULAMENTAÇÃO ANTIGA Regulamentação no domínio das acções 1897 Regulamento para projecto, provas e vigilância das pontes metálicas 1929 Dec Regulamento das pontes metálicas (diversas alterações até 1958) 1958 Dec Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos 1961 Dec Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes 1983 Dec. 235/83 Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes

4 Avaliação do Comportamento Estrutural SOBRECARGAS EM EDIFICIOS Regulamento do Betão Armado (RBA) Casas de habitação 200 kg/m 2 Escritórios 300 kg/m 2 Edifícios públicos 400 kg/m 2 Salas de espectáculo, kg/m 2 Garagens públicas 600 kg/m Regulamento de Segurança e Acções (RSA) Casas de habitação kg/m 2 Escritórios 300 kg/m 2 Edifícios públicos 300 / 400 kg/m 2 Salas de espectáculo, / 600 kg/m 2 Garagens públicas 500 kg/m Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes (RSEP) Casas de habitação 200 kg/m 2 Escritórios 300 kg/m 2 Edifícios públicos 300 / 400 kg/m 2 Salas de espectáculo, / 600 kg/m 2 Garagens públicas 600 kg/m 2 Conclusão: Não existem alterações significativas no que se refere às sobrecargas para dimensionamento de edifícios

5 SOBRECARGAS EM PONTES Regulamento Regulamento das Pontes Metálicas 1897 Sobrecarga Rodoviária Sobrecarga uniforme 400 kg/m 2 (l > 30m) Para l < 30 m: sobrecarga mais elevada numa faixa com 2.5 m Veículos de 12 ton com 4 rodas Regulamento das Pontes Metálicas 1929 (alterado em 1958) Sobrecarga uniforme variável com o vão 500 kg/m 2 x coef. dinâmico 400 kg/m 2 no passeio Veículos de 32 ton (alterado em 1958 para 60/45/30 ton para as classes A, B e C) RSEP 1961 Sobrecarga uniforme 300 kg/m 2 Carga de faca 5 ton/m Veículos de 60/45/30 ton para as classes A, B e C (coef. dinâmico 1.2) RSA 1983 Sobrecarga uniforme 4 kn/m 2 Carga de faca 50 kn/m Veículos de 600/300 kn para as classes I e II

6 ACÇÃO SÍSMICA Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos Acção sísmica tratada como força estática equivalente F h = c W c coeficiente sísmico

7 ACÇÃO SÍSMICA Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes Acção sísmica tratada como força estática equivalente F h = c W

8 ACÇÃO SÍSMICA Regulamento de Segurança e Acções Determinação dos efeitos da acção sísmica - Métodos de análise dinâmica - Forças estáticas equivalentes D Zonamento sísmico mais detalhado Natureza do terreno 3 tipos Introdução dos coeficientes de comportamento C B f [Hz] β Coeficientes sísmicos Ex. Zona A, terreno II, η= A

9 ACÇÃO SÍSMICA Eurocódigo 8 (2010) Determinação dos efeitos da acção sísmica - Métodos de análise dinâmica (linear e não linear) - Forças estáticas equivalentes (linear e não linear) Sismo afastado Sismo próximo Zonamento sísmico muito mais detalhado Natureza do terreno 5 tipos Coeficientes de comportamento definidos com maior rigor

10 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Lagos Zona 1.1/2.3 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III) 10

11 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Faro Zona 1.2/2.3 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III) 11

12 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Lisboa Zona 1.3/2.3 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III) 12

13 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Évora Zona 1.4/2.4 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III)

14 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Santarém Zona 1.5/2.3 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III) 14

15 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Coimbra Zona 1.6/2.4 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III) 15

16 EC8 / 1.5*RSA EC8 - RSA 4.0 Porto Zona 1.6/2.5 EC8 Zona A RSA Período (s) Env EC8 (terreno A) / Env 1.5*RSA (terreno I) Env EC8 (terreno C) / Env 1.5*RSA (terreno II) Env EC8 (terreno D) / Env 1.5*RSA (terreno III) 16

17 Avaliação do Comportamento Estrutural Regulamentação no domínio das estruturas de betão armado 1918 Dec de 28/3/1918 Regulamento para o emprego do beton armado 1935 Dec de 16/10/1935 Regulamento do Betão Armado (RBA) 1967 Dec de 25/5/1967 Regulamento de Estruturas de Betão Armado (REBA) 1983 Dec. 349-c/83 de 30/7/1983 Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP)

18 1918 Regulamento para o emprego do beton armado Dec de 28/3/1918 Preparado pela Associação dos Engenheiros Civis Portugueses Necessidade de regulamentar as construções de beton que tinham uma grande aplicação Obrigatoriedade de aprovação do projecto pelas repartições técnicas do estado ou dos corpos administrativos. Os projectos devem compreender: Memória descritiva, cálculos justificativos, desenhos cotados, indicar a qualidade dos materiais e a dosagem do beton. Betão dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra resistência mínima: 120 kg/cm 2 aos 28 dias, 180 kg/cm 2 aos 90 dias Aço resistência mínima à rotura 3800 a 4600 kg/cm 2 limite de elasticidade 50% da resistência à rotura (1900 a 2300 kg/cm 2 ) Princípios básicos do betão armado Critérios de segurança Tensões limites: betão 40 kg/cm 2 ; aço 1100 kg/cm 2 (1400 nos aços melhores) Recobrimentos - 20 mm (vigas e pilares em geral) - 40 mm (protecção contra o fogo e o ataque da água do mar)

19 1935 Regulamento do Betão Armado RBA Dec de 16/10/1935 Preparado por uma Comissão nomeada pelo Ministério das Obras Públicas e Comunicações Análise da Regulamentação Europeia (Reg. Francesa, Belga, Suiça, Italiana, E.U.A., Alemanha, ) Materiais Betão Bases de Cálculo dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra resistência mínima: 180 kg/cm 2 aos 28 dias Aço resistência mínima à rotura 3700 kg/cm 2 limite de elasticidade 60% da resistência à rotura (2220 kg/cm 2 ) Acções em edifícios (cargas) Cálculos de Resistência - Tensões admissíveis (limites de fadiga) Betão: 40 a 50 kg/cm 2 (edifícios) ; 30 a 60 kg/cm 2 (pontes) dependendo da resistência do cimento e do tipo de elemento estrutural Aços: 1200 kg/cm 2 (até1500 kg/cm 2 nos aços de maior resistência (> 4800 kg/cm 2 ) Modelação: análise linear Lajes - indicações pormenorizadas

20 RBA Varões lisos

21 1967 Regulamento de Estruturas de Betão Armado REBA Dec de 20/5/1967 Nova concepção da verificação da segurança em relação a estados de ruína Conceitos de valores característicos, valores de cálculo das propriedades mecânicas dos materiais, solicitações de cálculo, resistências de cálculo Aços novos aços, introdução das classes de resistência e dos varões de alta aderência A24/A40/A50/A60 Betão introdução das classes de resistência Bases de Cálculo B180 B400 -Cálculo da Resistência - Estados de Rotura Liso/Nervurado - Diagramas tensões-extensões não lineares para o betão - Extensão limite de 10 para as armaduras - Modelação - Conceitos de análise não linear, redistribuição de esforços, cálculo plástico - Recobrimentos - baixos - Evolução nos modelos de comportamento do betão armado

22 1967 Regulamento de Estruturas de Betão Armado REBA ACÇÕES (RSEP) Solicitações permanentes peso dos elementos, revestimentos, equipamentos fixos Solicitações acidentais habituais sobrecargas, vento habitual, neve, temperatura, retracção, fluência,.. Solicitações acidentais excepcionais vento excepcional (ciclónico), sismos COMBINAÇÃO DE ACÇÕES Combinações tipo I solicitações permanentes e acidentais habituais Combinações tipo II solicitações permanentes e acidentais excepcionais COEFICIENTES DE MAJORAÇÃO DAS SOLICITAÇÕES Combinações tipo I S = 1.5 Combinações tipo II S = 1.0 COEFICIENTES DE MINORAÇÃO DOS MATERIAIS Betão m = 1.5 Aço m = 1.15

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24 1983 Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado REBAP Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçadas, tratadas de forma unificada (Betão Armado Pré-Esforçado) Sistema Internacional de Unidades e Simbologia (ISO3898) Conceito de Níveis de Tolerância da Execução dos Trabalhos e Controlo da Qualidade Disposições Construtivas mais detalhadas e Conceito de Estruturas de Ductilidade Melhorada cintagem adequada nos pilares E.L.U. do Punçoamento Redes Electrosoldadas Conceito de durabilidade ainda não suficientemente desenvolvido (assim como recobrimento insuficientes)

25 ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935) E REBAP (1983) FLEXÃO SIMPLES RBA - cálculo com base em tensões admissíveis comparadas com as tensões em serviço devidas às cargas não majoradas Ref: Estruturas de Betão - Júlio Appleton

26 ANÁLISE COMPARATIVA RBA (1935) E REBAP (1983) ESFORÇO TRANSVERSO Ref: Estruturas de Betão - Júlio Appleton

27 ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967) E REBAP (1983) ELEMENTOS COM ARMADURAS TRANSVERSAIS ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS = V V bd 1,bd 2.0 V - LAJES B 300 REBA V cd = 0 bd 0 = 1.5MPa REBAP V cd = (1.6 d) bd 0.6 d [m] 1 = 0.75MPa

28 ANÁLISE COMPARATIVA REBA (1967) E REBAP (1983) FLEXÃO COMPOSTA FLEXÃO SIMPLES

29 ANÁLISE COMPARATIVA REBAP - EC2 FLEXÃO SIMPLES

30 ANÁLISE COMPARATIVA REBAP - EC2 FLEXÃO COMPOSTA

31 ANÁLISE COMPARATIVA REBAP - EC2 Esforço Transverso sem arm aduras transversais (B35 e A400) (Influência da % de armadura longitudinal) V Rd / (b w d f cd ) REBAP EC2 (Asl = 0,5%) EC2 (Asl = 1,0%) EC2 (Asl = 1,5%) EC2 (Asl = 2,0%) d (m)

32 ANÁLISE COMPARATIVA REBAP - EC2 V Rd com armaduras transversais (B35 e A400) 0,8 0,6 V Rd / (b w d f cd ) 0,4 0,2 REBAP EC2 (t et a = 22º) EC2 (t et a = 30º) EC2 (t et a = 45º) 0,0 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 A sw / (s b w )

33 ANÁLISE COMPARATIVA REBAP - EC Punçoamento centrado - Capacidade resistente (B35 e A sl = 1,0%) 2500 VRd (kn) REBAP (a = 0,2m) EC2 (a = 0,2m) REBAP (a = 0,4m) EC2 (a = 0,4m) REBAP (a = 0,6m) EC2 (a = 0,6m) ,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 d (m)

34 Regulamento Betões Aços Recobrimentos Cálculo 1918 Regulamento para o Emprego do Beton Armado Dec de 28/ Regulamento do Betão Armado Dec de 16/ Regulamento de Estruturas de Betão Armado Dec de 20/ Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré- Esforçado Dec. 349 c/83 de 30/ Eurocódigo 2 Parte 1 Projecto de Estruturas de Betão DNA dosagem c = 300Kg ag = 400 l br = 800 l 120Kg/cm 2 (28d.) 180Kg/cm 2 (90d.) apiloamento/cura húmida 7 d. dosagem 180Kg/cm 2 (28d.) apiloamento ou vibração cura húmida 8 d. B180/225/300/350/400 f ck (Kgf/cm 2 ) + RBLH (Dec. 404/71 de 23/6) Betões Tipo B/BD B15/...B55 f ck (MPa) + RBLH cura húmida controlo A/C... C12/15;... C90/105 f ck (MPa) + EN 206 cil/cubos f su = 3800 a 4600 Kgf/cm 2 f sy f su /2 u = 22% evitar soldaduras f su = 3700 Kgf/cm 2 f sy 0.6 f su u = 24% evitar soldaduras A24/A40/A50/A60 f sk Kgf/mm 2 (Liso/Nervurado) + Doc Homol LNEC A235/A400/A500 f sk (MPa) + Esp LNEC A400/A500 + Esp LNEC + EN e C 1.5 2cm (vigas/pil.) 1cm (lajes) C duplo junto ao mar prot. fogo lajes viga/pil. C (ar livre) 2.0 Líquidos, t 4.0 ág. mar 4cm C ñ.protegid C corrosão/fogo... Tipo Ambiente B C Pouco agress Moder agress Muito agress Classes Exposição X0; XC; XS; XD; XF; XA C = 15 a 65mm Qualidade do betão de recobrimento Tensões (Fadiga) Limites Admissíveis Tensões Admissíveis Estados Limites + RSEP (Tipo I/II) Estados Limites + RSA Estados Limites + EC1/EC8

35 Avaliação do Comportamento Estrutural MODELOS DE ANÁLISE E.L. Utilização Modelo elástico linear com K ajustado E.L. Últimos Modelo elástico linear Modelo elástico linear com redistribuição de esforços Modelo plástico Modelo não linear S PLÁSTICO ELÁSTICO LINEAR LINEAR LINEAR C/ C/ REDIST. REDIST. DE DE ESFORÇOS ESFORÇOS NÃO NÃO LINEAR

36 MODELOS DE ANÁLISE Exemplos: ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOS E 2 E 1

37 MODELOS DE ANÁLISE Exemplos: ANÁLISE PLÁSTICA Carga última de uma viga

38 Exemplos: ANÁLISE PLÁSTICA Carga última de uma laje

39 Concepção e Dimensionamento do Reforço Concepção da Intervenção Reforço Selectivo Minimizar a intervenção explorando de forma eficiente a ductilidade e a capacidade resistente da estrutura