Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil REABILITAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS Avaliação Estrutural de Estruturas Existentes António Costa
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
REABILITAÇÃO E REFORÇO
DE ESTRUTURAS
Avaliação Estrutural de
Estruturas Existentes
António Costa
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
REFORÇO DE ESTRUTURAS DE BETÃO
Enquadramento
Avaliação do comportamento da
estrutura existente
Concepção e dimensionamento
do reforço
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Avaliação do Comportamento Estrutural
Regulamentação no domínio das acções
1897 – Regulamento para projecto, provas e vigilância das pontes metálicas
1929 – Dec. 16781
Regulamento das pontes metálicas
(diversas alterações até 1958)
1958 – Dec. 41658
Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos
1961 – Dec. 44041
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes
1983 – Dec. 235/83
Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes
REGULAMENTAÇÃO ANTIGA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Avaliação do Comportamento Estrutural
1935 - Regulamento do Betão Armado (RBA)
Casas de habitação 200 kg/m2
Escritórios 300 kg/m2
Edifícios públicos 400 kg/m2
Salas de espectáculo,.. 500 kg/m2
Garagens públicas 600 kg/m2
SOBRECARGAS EM EDIFICIOS
1961 - Regulamento de Solicitações em
Edifícios e Pontes (RSEP)
Casas de habitação 200 kg/m2
Escritórios 300 kg/m2
Edifícios públicos 300 / 400 kg/m2
Salas de espectáculo,.. 500 / 600 kg/m2
Garagens públicas 600 kg/m2
1983 - Regulamento de Segurança e Acções (RSA)
Casas de habitação 150 - 200 kg/m2
Escritórios 300 kg/m2
Edifícios públicos 300 / 400 kg/m2
Salas de espectáculo,.. 500 / 600 kg/m2
Garagens públicas 500 kg/m2
Conclusão: Não existem alterações significativas
no que se refere às sobrecargas para
dimensionamento de edifícios
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Regulamento Sobrecarga Rodoviária
Regulamento das Pontes
Metálicas 1897
Sobrecarga uniforme 400 kg/m2 (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/m2 x coef. dinâmico
400 kg/m2 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/m2
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/m2
Carga de faca 50 kN/m
Veículos de 600/300 kN para as classes I e II
SOBRECARGAS EM PONTES
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ACÇÃO SÍSMICA
Regulamento de Segurança das Construções Contra os Sismos - 1958
Acção sísmica tratada como força estática equivalente Fh = c W c – coeficiente sísmico
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ACÇÃO SÍSMICA
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes - 1961
Acção sísmica tratada como força estática equivalente Fh = c W
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ACÇÃO SÍSMICA
Regulamento de Segurança e Acções - 1983
Determinação dos efeitos da acção sísmica
- Métodos de análise dinâmica
- Forças estáticas equivalentes
Zonamento sísmico mais detalhado
Natureza do terreno – 3 tipos
Introdução dos coeficientes de comportamento
A
B
C
D
Coeficientes sísmicos
Ex. Zona A, terreno II, η=2.5
f [Hz]
β
0.5 0.06
1.0 0.08
1.5 0.10
2.0 0.11
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
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)
Zonamento sísmico muito mais detalhado
Natureza do terreno – 5 tipos
Coeficientes de comportamento definidos com maior rigor
Sismo próximo Sismo afastado
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil 10
Zona 1.1/2.3 EC8
Zona A RSA
EC8 - RSA
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Lagos
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)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil 11
EC8 - RSA
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Faro
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)
Zona 1.2/2.3 EC8
Zona A RSA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil 12
EC8 - RSA
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Lisboa
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)
Zona 1.3/2.3 EC8
Zona A RSA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
EC8 - RSA
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Évora
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)
Zona 1.4/2.4 EC8
Zona A RSA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil 14
EC8 - RSA
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Santarém
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)
Zona 1.5/2.3 EC8
Zona A RSA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil 15
EC8 - RSA
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Coimbra
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)
Zona 1.6/2.4 EC8
Zona A RSA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
EC8 - RSA
16
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
EC
8 / 1
.5*R
SA
Período (s)
Porto
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)
Zona 1.6/2.5 EC8
Zona A RSA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Avaliação do Comportamento Estrutural
Regulamentação no domínio das estruturas de betão armado
1918 – Dec. 4036 de 28/3/1918
Regulamento para o emprego do beton armado
1935 – Dec. 25948 de 16/10/1935
Regulamento do Betão Armado (RBA)
1967 – Dec. 47723 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)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
1918
Regulamento para o emprego do beton armado
Dec. 4036 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/cm2 aos 28 dias, 180 kg/cm2 aos 90 dias
Aço – resistência mínima à rotura 3800 a 4600 kg/cm2
limite de elasticidade 50% da resistência à rotura (1900 a 2300 kg/cm2)
Princípios básicos do betão armado
Critérios de segurança — Tensões limites: betão – 40 kg/cm2; aço – 1100 kg/cm2 (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)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
1935
Regulamento do Betão Armado
RBA
Dec. 25948 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, …)
Bases de Cálculo
Acções em edifícios (cargas)
Cálculos de Resistência - Tensões admissíveis (limites de fadiga)
Betão: 40 a 50 kg/cm2 (edifícios) ; 30 a 60 kg/cm2 (pontes) dependendo da resistência do cimento e do tipo de elemento estrutural
Aços: 1200 kg/cm2 (até1500 kg/cm2 nos aços de maior resistência (> 4800 kg/cm2)
Modelação: análise linear
Lajes - indicações pormenorizadas
Betão — dosagem tipo: 300kg de cimento, 400 litros de areia, 800 litros de pedra
resistência mínima: 180 kg/cm2 aos 28 dias
Aço – resistência mínima à rotura 3700 kg/cm2
limite de elasticidade 60% da resistência à rotura (2220 kg/cm2)
Materiais
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
1967
Regulamento de Estruturas de Betão Armado
REBA
Dec. 47723 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 Liso/Nervurado
— Betão – introdução das classes de resistência
B180 … B400
— Bases de Cálculo
-Cálculo da Resistência - Estados de Rotura
- 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
- Evolução nos modelos de comportamento do betão armado
- Recobrimentos - baixos
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
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)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
RBA (1935)
E
REBAP (1983)
ESFORÇO TRANSVERSO
Ref: Estruturas de Betão - Júlio Appleton
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ELEMENTOS COM ARMADURAS TRANSVERSAIS
Vcd = 0 bd
0 = 1.5MPa
Vcd = 0.6 1 (1.6 – d) bd
1 = 0.75MPa
ELEMENTOS SEM ARMADURAS TRANSVERSAIS
ANÁLISE COMPARATIVA
REBA (1967)
E
REBAP (1983)
REBA
REBAP
V - LAJES
B 300
=V
V
1,bd
0.6
0.6
0.96
2.0
d [m]
bd
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
REBA (1967)
E
REBAP (1983)
FLEXÃO SIMPLES
FLEXÃO COMPOSTA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
REBAP - EC2 FLEXÃO SIMPLES
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
REBAP - EC2
FLEXÃO COMPOSTA
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
REBAP - EC2
Esforço Transverso sem armaduras transversais (B35 e A400)
(Influência da % de armadura longitudinal)
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
d (m)
VR
d / (
bw d
fc
d)
REBAP
EC2 (Asl = 0,5%)
EC2 (Asl = 1,0%)
EC2 (Asl = 1,5%)
EC2 (Asl = 2,0%)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
REBAP - EC2
VRd com armaduras transversais (B35 e A400)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020
Asw / (s bw)
VR
d / (
bw d
fc
d)
REBAP
EC2 (t et a = 22º)
EC2 (t et a = 30º)
EC2 (t et a = 45º)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE COMPARATIVA
REBAP - EC2
Punçoamento centrado - Capacidade resistente (B35 e Asl = 1,0%)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
d (m)
VR
d (
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)
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Regulamento Betões Aços Recobrimentos Cálculo
1918
Regulamento para o Emprego
do Beton Armado
Dec. 4036 de 28/3
dosagem c = 300Kg ag = 400 l br = 800 l
120Kg/cm2 (28d.)
180Kg/cm2 (90d.)
apiloamento/cura húmida 7 d.
fsu = 3800 a 4600 Kgf/cm2
fsy fsu/2
u = 22%
evitar soldaduras
C 1.5
2cm (vigas/pil.)
1cm (lajes)
C duplo – junto ao mar
prot. fogo
Tensões (Fadiga)
Limites Admissíveis
1935
Regulamento do Betão
Armado
Dec. 25948 de 16/10
dosagem
180Kg/cm2 (28d.)
apiloamento ou vibração cura
húmida – 8 d.
fsu = 3700 Kgf/cm2
fsy 0.6 fsu
u = 24%
evitar soldaduras
lajes viga/pil.
C 1.0 1.0
1.5 2.0 (ar livre)
2.0 Líquidos, t
4.0 – ág. mar
Tensões Admissíveis
1967
Regulamento de Estruturas de
Betão Armado
Dec. 47723 de 20/5
B180/225/300/350/400
fck (Kgf/cm2)
+ RBLH (Dec. 404/71 de 23/6)
Betões Tipo B/BD
A24/A40/A50/A60
fsk Kgf/mm2
(Liso/Nervurado)
+ Doc Homol – LNEC
4cm C
1.0
2.0 – ñ.protegid
C – corrosão/fogo ...
Estados Limites
+ RSEP (Tipo I/II)
1983
Regulamento de Estruturas de
Betão Armado e Pré-
Esforçado
Dec. 349 – c/83 de 30/7
B15/...B55
fck (MPa)
+ RBLH – cura húmida controlo A/C ...
A235/A400/A500
fsk (MPa)
+ Esp – LNEC
Tipo Ambiente
Pouco agress - 2.0
Moder agress - 3.0
Muito agress - 4.0
B C
Estados Limites
+ RSA
2008
Eurocódigo 2 – Parte 1
Projecto de Estruturas de
Betão
DNA
C12/15; ... C90/105
fck (MPa) cil/cubos
+ EN 206
A400/A500
+ Esp – LNEC
+ EN 10080 e 10138
Classes Exposição X0;
XC; XS; XD; XF; XA
C = 15 a 65mm
Qualidade do betão de
recobrimento
Estados Limites
+ EC1/EC8
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
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
ELÁSTICO LINEAR
PLÁSTICO
NÃO LINEAR
LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS
S
LINEAR C/ REDIST. DE ESFORÇOS
NÃO LINEAR
Avaliação do Comportamento Estrutural
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
MODELOS DE ANÁLISE
ANÁLISE ELÁSTICA COM REDISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOS
Exemplos:
E2
E1
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
MODELOS DE ANÁLISE
ANÁLISE PLÁSTICA – Carga última de uma viga
Exemplos:
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
ANÁLISE PLÁSTICA Carga última de uma laje
Exemplos:
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Reforço Selectivo
Minimizar a intervenção explorando de forma eficiente a ductilidade e a
capacidade resistente da estrutura
Concepção da Intervenção
Concepção e Dimensionamento do Reforço
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Edifício 1950
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Edifício 1972
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Aço A40 (heliaço) (liso)
Betão B300
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Civil
Pormenorizações de obras existentes