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Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Pilar sem reforço
Pilar com reforço por confinamento
EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO
COMPORTAMENTO ESTRUTURAL
António Costa
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Consequências da deficiente cintagem das zonas críticas
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
EFEITO DO CONFINAMENTO LATERAL NO COMPORTAMENTO
DO BETÃO À COMPRESSÃO
CONFINAMENTO DEVIDO ÀS CINTAS
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Aumento da ductilidade devido à cintagem (confinamento)
[EC2]
- factor de eficácia (forma da secção e espaçamento das cintas)
fyd/fcd
fck,c = fck (1,00 + 5 2/fck) para 2 0,05 fck
fck,c = fck (1,125 + 2,50 2/fck) para 2 > 0,05 fck
c2,c = c2 (fck,c/fck)2
cu2,c = cu2 + 0,2 2/fck
2 – tensão efectiva de confinamento 2 / fck = 0,5 w
w – taxa mecânica volumétrica de cintas
EX: pilares rectangulares com cintas no contorno)
A não confinado
w = volume de estribos
volume de betão =
2 ( b 0 + h
0 )
2
est
4
s b 0 h
0
fyd/fcd
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Secções Rectangulares
= n . s
Factor de eficácia
666.03.03.06
15.081
2
n
694.03.02
10.01
3.02
10.01
s
46.0
Exemplo
Cintas Ø8//0.10
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Secções Circulares com cintas helicoidais
Secções Circulares
0.1n
86.07.02
10.01
2
s
86.0
= n . s Exemplo
Factor de eficácia
Cintas Ø12//0.10
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Exemplo
2 / fck = 0,5 w = 0,06
fck,c = fck (1,125 + 2,50 x0,06) = 1,275 fck
c2,c = c2 (1,275)2 = 1,626.c2 = 0,00325
cu2,c = 0,0035 + 0,012 = 0,0155
Comportamento com confinamento
d =0,4 (NEd = 4000 kN)
Cintas 12//0,10 wd = 0,14
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Ductilidade em curvatura (influência da armadura de confinamento)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30 40 50 60
MR
d [
kNm
]
Ø x 10-3 [m-1]
núcleo confinado
secção bruta
mf ≈ 6,0
mf ≈ 1,0
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
PILARES - DUCTILIDADE LOCAL w μf
9
xu = N / (0,8 b0 fcd) xu = bh / 0,8 b0, com = N / bh fcd
cu2,c = cu2 + 0,2 2 /fck = 0,0035 + 0,1 w
fu = cu2,c /xu = (0,0035 + 0,1 w) 0,8 b0 / bh
fy = sy / 0,45d sy / 0,4h
fu = μf fy 0,8 b0 (0,0035 + 0,1 w) / bh = μf . sy / 0,4h
w 30 μf . .sy . b/b0 - 0,035
2 / fck = 0,5 w
Confinamento do betão - EC2
Fs
_
+
s
cu2,c
M
As
As xu
fcd,c
Fc = N
Fs
0,8 xu
Øu N
b0
Ductilidade disponível: μf = fu / fy
fu = cu2,c /xu
Ductilidade exigida:
mf ≥ 2 q0 -1 se T1 ≥ TC
mf ≥ 1 + 2 (q0 -1) TC /T1 se T1 < TC
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Efeito do confinamento com FRP
O confinamento com aço introduz uma tensão constante
após a cedência
O confinamento com FRP apresenta um comportamento
elástico até à rotura
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Efeito do confinamento com FRP
f f
l
Tensão lateral de confinamento
l = 2tf .f /D
l = 1/2 f f com f = 4 tf/D; f = Ef f
l = 1/2 f Ef f
f - tensão no FRP na direcção circunferencial l - tensão no FRP na direcção radial f – taxa volumétrica de FRP
Ef - módulo de elasticidade do FRP
tf - espessura do FRP
D - diâmetro do pilar
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Tensão efectiva de confinamento
l,eff = keff . l com l = 1/2 f Ef fd,e ; keff - factor de eficácia
keff = kH . kV . k
Factor de eficácia vertical
KV = Ae / Ag
Ag – área da secção transversal
Ae – área efectivamente confinada entre FRP KV =
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Factor de eficácia horizontal kH
Secções circulares: kH = 1
Secções rectangulares:
Factor de eficácia angular
f - inclinação das fibras
f = 0 k = 1
Exemplo: pilar 50 x 40 (cm)
rc = 1.5 cm b’= 47 cm ; d’ = 37 cm
kH = 1 – (472+372)/(3 x 50x40) kH = 0.40
rc = 3 cm b’=44 cm ; d’ = 34 cm
kH = 0.48
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Extensão efectiva de cálculo
fd,e = (regulamento italiano)
a – factor ambiental (a <1)
f - factor parcial de segurança relativo ao FRP (f =1.1 execução sob boas condições de controlo,
f =1.25 outras situações)
MODELO DE CONFINAMENTO
Spoelstra e Monti (Alternativa ao modelo de confinamento do EC2)
fcu – resistência à compressão do betão confinado
fc0 – resistência à compressão do betão não confinado
cu - extensão última do betão confinado
c0 = 0.002
ju = f,e - extensão última efectiva do FRP
fd,e = 0,004 (EC8-3 – reforço ao esforço transverso de secções circulares)
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Aplicação de mantas de
carbono no confinamento de
pilares
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Secção tipo do estado actual
Secção tipo reparada
Reforço com Mantas CFRP
Pilar com dano originado por corrosão de armaduras
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80
εc (%)
fc (
MP
a)
1
2
3
3 camadas
2 camadas
1 camada
Sem reforço
Reforço de pilares por confinamento do
betão – juntas de betonagem
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AUMENTO SIGNIFICATIVO
CAPACIDADE DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA
Reforço por confinamento do betão com FRP
Aumento da ductilidade e da resistência ao esforço transverso
Influência reduzida na resistência à flexão
Intervenção fácil e com pouca interferência na utilização da estrutura
Pilar sem reforço
Pilar com reforço por
confinamento
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Reforço por confinamento do betão
(a) aumento da capacidade de deformação lateral (aumento da capacidade de rotação da rótula plástica)
(b) prevenir rotura das emendas de armaduras
(c) prevenir a encurvadura dos varões longitudinais
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Reforço por confinamento do betão
Equipamento para encamisamento automático de pilares com FRP
Pilares rectangulares podem ser
transformados numa secção oval de
modo a aumentar a eficácia do
confinamento
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ENSAIOS EXPERIMENTAIS
Ref. – “Comportamento de pilares de betão armado
reparados ou reforçados com encamisamento local”
António Cardoso, IST, 2003
REFORÇO DE PILARES PARA ACÇÕES
CÍCLICAS POR
CONFINAMENTO DO BETÃO COM CFRP
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
EXECUÇÃO DO REFORÇO
Preparação da superfície
Aplicação do sistema de reforço com mantas de fibras de carbono
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Diagramas carga – deslocamento
Pilar de referência
Pilar danificado, reparado com argamassa
e reforçado com duas camadas de fibra de
carbono
P3
P1
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia Civil
Pilar reforçado com duas camadas de fibra de carbono
Pilar reforçado com quatro camadas de fibra de carbono
P7
P4