Workshop Estruturas de Concreto e Critérios de Conformidade Painel 3 Projetista Exemplos de análises e reforços técnicas aplicadas 1. Contexto: estruturas executadas com concreto não conforme
2. Apresentação do problema: Trata-se de um problema de engenharia, totalmente desvinculado das questões comerciais, contudo fortemente relacionado com os aspectos éticos: O projetista da estrutura é o profissional chave na solução do problema; A entrada de um consultor se justifica quando: o o projetista optar por não participar da solução; o houver algum tipo de conflito (por exemplo, a solução dada pelo projetista não for aceita pela construtora/cliente); Quando da participação do consultor, a solução final deverá ser submetida ao projetista. Tanto o projetista como o consultor deverão ser remunerados (em geral pela concreteira) pelos trabalhos realizados. Como começa o problema: Ensaios aos 28 dias apontam não conformidade do concreto de parte da estrutura. Observa-se: A amostragem parcial dificulta a análise; A amostragem total sem o mapeamento, aumentam as dúvidas e dificultam muito a tomada de decisões. O projetista/consultor decide extrair testemunhos da estrutura. Os resultados obtidos confirmam a não conformidade. 3. A análise e as soluções Deve-se buscar a compreensão absoluta do comportamento estrutural. Se na fase de projeto não se pode aceitar os resultados dos softwares sem uma análise crítica exaustiva, nos casos de verificação do comportamento estrutural, essa análise deve ser entendida como chave para o estabelecimento de solução segura e economicamente viável. Deve-se ressaltar que em muitos casos a solução deve ser analisada por toda a equipe de projetos, dado que podem ter sido geradas interferências com a arquitetura e instalações. Contudo, não se pode desprezar a precedência relacionada com a importância da segurança estrutura.
3. A análise e as soluções 3.1- Deformabilidade 3.1-1 - Avaliação do problema O modulo de elasticidade pode ser obtido com a médias das resistências encontradas na região de interesse (por exemplo o pavimento). Visualização da variação do módulo de elasticidade fck (MPa) 15 20 25 30 35 40 E (Gpa) 18,4 21,3 23,8 26,1 28,2 30,1 Variaçã o 13,40 10,56 8,71 7,42 6,46 - O modelo deverá ser o mais representativo possível do comportamento real da estrutura: 1º processamento: método simplificado com minoração do módulo de elasticidade para ponderar o efeito da deformação lenta. Esse método sempre deverá gerar resultados á favor da segurança. 2º processamento: utilização de NLF com ponderação da deformação lenta. 3. A análise e as soluções 3.1- Deformabilidade 3.1-2 - Soluções Em geral a questão do excesso de deslocamentos de um pavimento associa-se à perda de rigidez das lajes (devido ao valor do fck,est<fck,proj). Onde não há contra-piso zero, é possível substituir a camada de contra-piso por uma camada de graute, como mostra o exemplo a seguir: Exemplo: A intenção do reforço a ser aplicado é o de aumentar a rigidez das lajes pertencentes à região onde o concreto apresentou resistência a compressão fck,est = 17 MPa. A premissa do reforço a ser aplicado baseia-se na substituição da camada de regularização de cerca de 4 cm, prevista para tais lajes, por camada de graute com função estrutural. O reforço de tais lajes deverá ser executado com os seguintes procedimentos: Apicoar a superfície superior das lajes; Executar sobre a região a ser reforçada uma malha de furos espaçados a cada 20 cm nas duas direções. Cada furo deverá ter diâmetro de 8 mm e profundidades de 8 cm;
Exemplo - continuação Em cada um dos furos implantar armadura para aumento da aderência, 6,3 mm, CA50, conforme esquema abaixo: Soluç ã apli c o an álo a ga p deslo da qu an ode ser came d apre senta nto exce o o caso r s, d em viga sivo se e s s ubs ve-se. N ti bu sc esse comp tuição ar ri da a repre mida me s n comp entati vo um tre sa ri me c a h o o lo nto d a vig n go do a. Para implante da armadura, utilizar adesivo estrutural Hilti E500, seguindo as recomendações do fabricante para o uso do produto. Após a instalação das armaduras para aumento de aderência, aplicar sobre toda a região a ser reforçada malha de armadura Q246; Aplicar sobre a lajes jato de ar comprimido para remoção de impurezas e agregados soltos; Grautear a região a ser reforçada empregando-se graute com fc,3 = 25 MPa, obedecendo-se rigorosamente as recomendações do fabricante do produto a ser empregado. Em nenhuma região a espessura do reforço deverá ser menor do que 3 cm. 3.2- Dimensionamento 3.2-1 Lajes e vigas São raros os casos onde a diminuição da resistência do concreto implica na necessidade de aumento da armadura tracionada. A resistência do concreto não interfere substancialmente no Mrd. A seguir um exemplo de seção 14/50, dimensionada com x x23, com AS=6cm2 e fck=30 MPa. (Diagramas software Prof Tulio Nogueira EPUSP) - fck 30 MPa Mrd=10.7 tfm
- fck 25 MPa Mrd=10.3 tfm - fck 20 MPa Mrd=10.0 tfm
- fck 15 MPa Mrd=9.3 tfm Resumo fck Variaçao Mrd(tfm) 30-10,7 Variaçao - 25 16,7 10,3 3,7 20 20,0 10,0 2,9 15 25,0 9,3 7,0 Em vigas e lajes, previamente vistoriadas pelo responsável pela solução do problema, e com dimensões consideradas conformes, é possível empregar g=1.2 na determinação dos esforços solicitantes, dado que as incertezas relativas à geometria desses elementos deixam de existir. A instalação de armaduras complementares na região comprimida das seções transversais consideradas críticas, não é solução. O aumento da armadura de tração, além de não aumentar o Mrd, leva a ruptura no domínio 4.
Diagrama software Prof Tulio Nogueira EPUSP 3.2-2 Cisalhamento de vigas Há casos onde o uso de armadura transversal complementar resolve o problema: Nesses casos o uso de fibra de carbono é solução interessante fck Vsd (10tf) Vrd2 (tf) Asw(cm2/m) 30 14 32,8 4,67 25 14 27,9 5,02 20 14 22,8 5,41 15 14 17,5 5,80
3.2-3 Pilares São os elementos que mais fortemente são afetados pela diminuição da resistência o concreto. A determinação dos esforços solicitantes é objeto de processamento complexo, devendo-se compreender plenamente todas as combinações de carregamentos. Na determinação dos esforços solicitantes, o uso de g=1.2 é vetado caso existam pavimentos ainda não concretados. Soluções correntemente empregadas: Solução com camada externa resistente o Remoção de uma camada de concreto em todo perímetro do pilar, com espessura entre 5 e 7 cm. A reconstituição dessa camada pode ou não gerar pequeno aumento da seção transversal (por exemplo, retirar camada de 5 cm e reconstituir com 8cm; nesse caso a dimensão do pilar aumentaria 6 cm). o Antes da reconstituição se deve exigir a implantação de barras para aumento da aderência no concreto existente, numa malha de cerca de 20 cm de lado. o A reconstituição deve ser executada com graute fc,3>25mpa e fc,28 da ordem de 50 MPa. o A execução deve se dar de maneira segmentada, dividindo-se a seção transversal em setores. É sempre recomendável que ao longo da altura a execução também seja setorizada. o A figura e texto a seguir ilustram a especificação de um reforço desse tipo. Nesse caso se removeu 5 cm e se reconstituiu com 7 cm
Apresenta-se a seguir os procedimentos indicados para o reforço dos pilares:. A seção transversal deverá ser dividida em 4 setores, como mostra a figura 5. Ao longo da altura o pilar será dividido em 3 segmentos iguais (A, topo; B terço central e C terço inferior) Remover uma camada de 5 cm de concreto de apenas 1 setor, nos segmentos A e C. Tratar o substrato com escovamento e jato de ar comprimido, umidecendo-o antes da reconcretagem; Proceder a reconcretagem com graute com fc3=25 MPa e fck=50 MPa (aos 28 dias). Repetir a operação para o segmento B, apenas quando o concreto utilizado atingir fc=25 MPa. Repetir as operações acima até que se complete o reforço de toda seção transversal em toda altura. Repetir a operação para os demais pilares. Identificação genérica dos setores da seção transversal dos pilares a ser reforçados Recomenda-se, ainda: Empregar concreto composto por graute à base de resina epóxica com 30% em peso de pedrisco seco e lavado, com fc,k,28 > 50 MPa. Realizar cura úmida da região reconcretada por no mínimo 3 dias; A demolição não poderá, em nenhuma hipótese, danificar a armadura do pilar; Antes da reconcretagem o concreto existente deverá ser escovado com cerdas de aço para remoção de agregados soltos e impurezas; Antes da reconcretagem o concreto existente deverá ser molhado até a saturação com superfície seca. A análise da segurança do pilar: Despreza o concreto do miolo do pilar; Considera a armadura longitudinal existente. Armaduras longitudinais complementares podem ser instaladas; Verifica-se a seção transversal vazada considerando-se os esforços solicitantes oriundos do processamento. Os efeitos de 2ª ordem local devem ser necessariamente considerados. Apresenta-se a seguir um diagrama de verificação de uma a seção transversal vazada, onde os esforços de 2ª ordem foram introduzidos manualmente nos esforços solicitantes.
Solução com substituição do pilar o Aplica-se quando a soluço acima se mostrar inviável. o O pilar deve ser setorizado tanto no plano vertical quanto no horizontal. o A segurança estrutural da seção transversal efetiva durante a execução deve ser avaliada com coeficientes de ponderação reduzidos a critério do engenheiro de estruturas responsável pela solução. o A especificação errada da setorização pode levar tanto a ruptura localizada do pilar, como a flambagem das armaduras longitudinais, com conseqüências imprevisíveis. Solução com encamisamento (CARRAZEDO,R- MECANISMOS DE CONFINAMENTO EM PILARES DE CONCRETO ENCAMISADOS COM POLÍMEROS REFORÇADOS COM FIBRAS SUBMETIDOS À FLEXO COMPRESSÃO-EESC-USP) o Fundamentalmente, tal procedimento provoca um aumento aparente da resistência em função do confinamento do concreto. o A eficiência da solução depende da seção transversal; do raio de dobramento da fibra nos cantos de seções retangulares, do tipo de solicitação, do tipo de fibra, etc... o Não é recomendável o uso de chapas de aço fixadas nas superfícies do pilar com chumbadores.
Obrigado pela atenção.