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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Mestrado em Engenharia Civil
2011 / 2012
1/1272011/2012
Eduardo S. Júlio
Reabilitação e Reforço de EstruturasAulas 11 a 13: Ligações entre betões de diferentes idades.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Índice
2/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão
2.1. Expressões de Cálculo2.2. Euro-Código 2 (2004)
3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Índice
3/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão
2.1. Expressões de Cálculo2.2. Euro-Código 2 (2004)
3. Influência de Diferentes Parâmetros3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial
Índice
4/1272011/2012
3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão
2.1. Expressões de Cálculo2.2. Euro-Código 2 (2004)
3. Influência de Diferentes Parâmetros3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial
Índice
5/1272011/2012
3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade4.1. Filosofia de Cálculo4.2. Guidelines de Pormenorização4.3. Controlo de Qualidade4.4. Exemplo
5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão
2.1. Expressões de Cálculo2.2. Euro-Código 2 (2004)
3. Influência de Diferentes Parâmetros3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial
Índice
6/1272011/2012
3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade4.1. Filosofia de Cálculo4.2. Guidelines de Pormenorização4.3. Controlo de Qualidade4.4. Exemplo
5. Notas Finais5.1. Investigação em Curso5.2. Desafios e Desenvolvimentos Futuros
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Índice
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Introdução
As ligações betão-betão estão presentes em: juntas de betonagem; elementosprefabricados com partes betonadas in situ; e elementos reforçados com umanova camada de betão.
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão
2.1. Expressões de Cálculo2.2. Euro-Código 2 (2004)
3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Índice
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Presentemente, é aceite que a resistência ao corte da interface entre betõesde diferentes idades , ννννu, se deve à acção combinada de três factores:
νu = coesão + atrito + efeito de ferrolho
…mas, as primeiras expressões de cálculo propostas foram definidasempiricamente e eram do tipo:
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empiricamente e eram do tipo:
νu = ν0 +kρonde νo e k são parametros determinados experimentalmente; e ρ é a percentagem de armadura que atravessa a interface.
(Nota: Coesão, atrito e efeito de ferrolho não eram expl icitamenteidentificados)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Anderson (1960)
νu = 4.41 +229ρ(for a 20.7MPa (3000psi) compressive strength concrete)
νu = 5.52 +276ρ(for a 51.7MPa (7500psi) compressive strength concrete)
Hanson (1960)
Expressões de Cálculo
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Hanson (1960)
νu = 3.45 +121ρ
Mattock and Kaar (1961)
(where x is the shear span, and d is the effective depth)
( ) ρν 1215
6.18 ++
=dxu
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
2
18.6 33207
5 6 5u
Xv = + ρ
X + X + X +
−Saemann and Washa (1964)
(where X is the ratio: shear span / effective depth)
Gaston and Kriz (1964)
ν = 0.30 +0.78σ
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νu = 0.30 +0.78σn
(for smooth unbonded interfaces)
νu = 0.76 +0.70σn
(for smooth bonded interfaces)
(being σn is the normal stress to the interface)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Birkeland and Birkeland (1966)Shear Friction Theory
νu = ρ fy µ(where fy is the yield strength of the reinforcement; and µ is thecoefficient of friction (tangent of the internal friction angle)
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coefficient of friction (tangent of the internal friction angle)
The following values were proposed:(a) µ=1.7 for monolithic concrete (59.5º);(b) µ=1.4 for artificially roughened construction joints (54.5º); and(c) µ=0.8 to 1.0 for ordinary construction joints and for concrete to
steel interfaces (38.7º to 45.0º).
(Notes: o atrito é considerado explicitamente;
coesão e efeito de ferrolho são negligenciados)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Mast (1968)
νu = ρ fy µThe following values were proposed:(a) µ=1.4 for concrete-to-concrete rough interfaces (54.5º);(b) µ=1.0 for concrete-to-steel composite beams (45.0º);(c) µ=0.7 for concrete-to-steel field-welded inserts (35.0º);(d) µ=0.7 for concrete-to-concrete smooth interfaces (35.0º).
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Birkeland (1968)
(Note: this is the first non-linear expression proposed)
yu fρν 78.2=
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Mattock and Hawkins (1972)Modified Shear Friction Theory
νu = 1.38 + 0.8 ( ρ fy + σn )
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(Notas: a coesão é considerada explicitamente (igual a 1.38MPa); o coeficientede atrito é assumido constante e igual a 0.8; as tensões de compressão devidasàs acções exteriores são consideradas)
waviness roughness
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Mattock (1974)νu = 2.76 + 0.8 ( ρ fy + σn )(Note: The first expression (Mattock and Hawkins 1972) represented a lower bound for test results; whereas this expression represents experimental mean values.)
Mattock (1974)νu = 2.76 sin2θ + ρ fs (0.8 sin2θ – 0.5 sin 2θ)
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νu = 2.76 sinθ + ρ fs (0.8 sinθ – 0.5 sin 2θ)(Notes: Mattock proposed this modified design expression to include the orientation of the reinforcement crossing theinterface; the parameter fs was defined from experimentaltests, considering a coefficient of friction of 0.8)
Hermansen and Cowan (1974)νu = 4.0 + 0.8 ρ fy(for uncracked concrete interfaces)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Mattock, Li and Wang (1976)νu = 1.38 + 0.8ρ fy(for all lightweight reinforced concrete)
νu = 1.72 + 0.8ρ fy(for sanded lightweight reinforced concrete)
Raths (1977)
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Raths (1977)
(for a monolithic interface)
(for a smooth interface, with a coefficient of friction of 0.6)
(Note: Cs is a constant that depends on the concrete density.This expression is similar to the one proposed by Birkeland in1968, but applicable to both normal and lightweight concretes)
3.11u s yv = C ρf
2.03u s yv = C ρf
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Shaikh (1978)νu = φ ρ fy µe
(where φ is a capacity reduction factor equal to 0.85 forshear and µe is an effective coefficient of friction)
Loov (1978)
y nρf + σv
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(where fc is the concrete compressive strength, and k is aconstant, equal to 0.5, for initially uncracked interfaces)
(Nota: a resistência à compressão do betão é explicitamente considerada)
y nu
c c
ρf + σv= k
f f
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Vecchio and Collins (1986)
(where νcimax is the maximum shear stress that a crack canresist, fci is the positive compressive stress due to internaland external loads, w is the average crack width, and a is the maximum aggregate size)
2
0.18 1.64 0.82 ciu cimax ci
cimax
fv = v + f
v−
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Walraven, Frénay and Pruijssers (1987)
(being and )
Mattock (1988)
( ) 21
C
u yv = C ρf
0.4061 0.878cC = f 0.303
2 0.167 cf=C
( )nycu ff σρν ++= 8.0467.0 545.0
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Mau and Hsu (1988)
Tsoukantas and Tassios (1989)
(for smooth interfaces)
Expressões de Cálculo
c
y
c
u
f
f
f
ρν66.0=
0.40u nv = σ
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(for smooth interfaces)
(for rough interfaces)
Patnaik (1992)
3 25.0 ncu f σν =
( )0.6 0.1u y cv = + ρf f
Reabilitação e Reforço de Estruturas
u coh n c yv = τ + µσ + αρ f f
Expressões de Cálculo
0.73
3.820y c
u
ρf fv =
Mattock (1994)
Randl (1997)
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u coh n c yv = τ + µσ + αρ f f(where τcoh is the concrete cohesion due to aggregate interlockand α is a coefficient to take into account the dowel action)
(Nota: o efeito de ferrolho é explicitamente considerado)
Ali and White (1999)
(where a is a parameter defined according to the density function of the concrete strength)
c
ny
c
u
f
fa
f
σρν += 47.1
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Expressões de Cálculo
Patnaik (2000)
(for monolithic concrete)
(for rough interfaces)
( )0.55 0.25u y cv = + ρf f
( )0.5 0.25u y cv = + ρf f
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Patnaik (2001)
(for smooth concrete interfaces)
Kahn and Mitchell (2002)
(for normal and high strength concretes)
0.05 1.4u c yv = f + ρf
0.6u yv = + ρf
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão
2.1. Expressões de Cálculo2.2. Euro-Código 2 (2004)
3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Índice
23/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Euro-Código 2 (2004)
6.2.5. Corte na interface entre betões de diferentes i dades
νRdi = c fctd + µ σn + ρ fyd (µ sinα + cosα)
24/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Euro-Código 2 (2004)
6.2.5. Corte na interface entre betões de diferentes i dadespara α=90º:
νRdi = c fctd + µ ( σn + ρ fyd )
25/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Euro-Código 2 (2004)
6.2.5. Corte na interface entre betões de diferentes i dades
coesão atrito efeito de ferrolho é negligenciado
para α=90º:
νRdi = c fctd + µ ( σn + ρ fyd )
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Euro-Código 2 (2004)
6.2.5. Corte na interface entre betões de diferentes i dadespara α=90º:
νRdi = c fctd + µ ( σn + ρ fyd )
PARÂMETROS IGNORADOS
integridade do substrato
PARÂMETROS CONSIDERADOS
rugosidade da superfície (c, µ)
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integridade do substrato
humidade do substrato
agentes de ligação
rigidez diferencialretracção diferencial
fluência
fadiga
comportamento dinâmico
rugosidade da superfície (c, µ)
resistência do betão mais fraco (fctd)
tensões de compressão (σn)
armadura (ρ fyd )
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros
3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
Índice
28/1272011/2012
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Integridade do substrato
Antes de aplicar a nova camada de betão, devem ser realizados ensaios (nãodestrutivos) in situ para avaliar a integridade do substrato.
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Detecção e medição da largura de fendas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Integridade do substrato
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Avaliação da dureza superficial (esclerómetro de Schmidt)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Integridade do substrato
31/1272011/2012
Determinação da resistência à compressão do betão (ensaio de carotes)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Integridade do substrato
32/1272011/2012
R Y G P V
5 7 9 11 13
Determinação da profundidade de carbonatação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Integridade do substrato
33/1272011/2012
Determinação da penetração de cloretos (se relevante)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros
3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
Índice
34/1272011/2012
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substratoMesmo com um substrato são, a rugosidade da superfície deve ser aumentadapara melhorar a ligação betão-betão.
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Jacto-de-água ou hidro-demolição (é um dos métodos mais eficazes)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substrato
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Jacto-de-areia (também conduz a resultados muito bons)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substrato
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Escova de aço (aumenta a rugosidade da superfície sem expor os agregados)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substrato
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Fresadora (usado em tabuleiros de pontes)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substrato
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Martelos pneumáticos (podem danificar o substrato)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substratoO objectivo principal é sempre aumentar os valores de c e µµµµ , aumentandodsete modo a resistência ao corte da interface.
EC 2 propõe os seguintes valores para c e µµµµ dependendo da rugosidadeda superfície:
a) Muito lisa : a surface cast against steel, plastic or specially prepared woodenmoulds: c=0,25 and µ=0,5
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moulds: c=0,25 and µ=0,5
b) Lisa : a slipformed or extruded surface, or a free surface left without furthertreatment after vibration: c=0,35 and µ=0,6
c) Rugosa : a surface with at least 3 mm roughness at about 40 mm spacing,achieved by raking, exposing of aggregate or other methods giving anequivalent behaviour: c=0,45 and µ=0,7
d) Indentada : a surface with indentations complying with Figure 6.9: c=0,50and µ=0,9
Reabilitação e Reforço de Estruturas
A principal desvantagem da abordagem do EC2 é a avaliação qualitativa darugosidade , uma vez que depende do técnico estando portanto sujeita a errohumano .
Fazer depender a caracterização da rugosidade do tratamento d esuperfície adoptado não é solução porque um dado tratamento pode conduzira diferentes valores da rugosidade.
Textura da superfície do substrato
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A rugosidade da superfície tem de sermedida .
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Os dois métodos mais utilizados para caracterizar a rugosidade de umasuperfície de betão são: perfis standard de rugosidade crescente (ICRI); e osand patch test (ASTM E 965).
Desvantagens : o primeiro é um procedimento qualitativo, estando portantosujeito a erro humano; o segundo só é aplicável a superfícies horizontais depavimentos e não é sensível a rugosidades reduzidas.
Textura da superfície do substrato
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
O TDIM (Treatment of Digital Image Method) é um método in situ parcialmentedestrutivo que consiste em: (1) extracção de uma carote; (2) limpeza dasuperfície; (3) aplicação de uma resina de epóxido sobre a superfície; (4) corteda carote perpendicularmente à superfície; (5) polimento da superfície cortada;(6) digitalização da superfície polida; (7) determinação do perfil de textura.
Textura da superfície do substrato
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SANTOS, P., JÚLIO, E., SILVA, V. D., Correlation between Concrete-to-Concrete Bond Strength and the Roughness of the Substrate Surface,Elsevier, Construction and Building Materials 21 (8): 1688-1695 AUG 2007.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
O perfil de textura é designado “perfil primário”, e pode ser filtrado em: “perfil deondulação” e “perfil de rugosidade”.
Podem ser calculados parâmetros de ondulação e de rugosidade a partir dosperfis respectivos ou a partir do perfil primário.
Textura da superfície do substrato
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Textura da superfície do substratoForam obtidos elevados coeficientes de correlação entre parâmetros deondulação e de rugosidade da superfície do substrato e a resistência dainterface betão-betão, ao corte e à tracção.
Roughness Parameter
Substrate Treatment(mm)
Coefficient of Correlation(R-squared)
As-Cast Wirebrushed Sandblasted Shear Tension
Average Roughness 0.031 0.099 0.203 0.9283 0.9306
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SANTOS, P., JÚLIO, E., SILVA, V. D., Correlation between Concrete-to-Concrete Bond Strength and the Roughness of the Substrate Surface,Elsevier, Construction and Building Materials 21 (8): 1688-1695 AUG 2007.
Average Roughness 0.031 0.099 0.203 0.9283 0.9306Mean peak-to-valley height 0.213 0.403 0.797 0.8966 0.8994Maximum peak-to-valley height 0.370 0.708 0.994 0.9776 0.9789Mean third highest peak-to-valley height 0.118 0.252 0.628 0.8642 0.8673Maximum third highest peak-to-valley height 0.188 0.347 0.825 0.8570 0.8602Ten points height 0.293 0.605 1.088 0.9271 0.9295Total roughness height 0.370 0.847 1.231 0.9805 0.9817Mean peak height 0.083 0.160 0.401 0.8535 0.8567Maximum peak height 0.132 0.282 0.527 0.9219 0.9243Mean valley depth 0.130 0.243 0.396 0.9401 0.9423Maximum valley depth 0.238 0.565 0.704 0.9995 0.9997
Reabilitação e Reforço de Estruturas
O 2D LRAM (2D Laser Roughness Analyser Method), Patente 103988PT , foidesenvolvido para ultrapassar as desvantagens do TDIM (parcialmentedestrutivo; necessidade de processamento laboratorial; trabalhoso; e moroso).
O 2D LRAM consiste em: (1) avaliação do perfil, utilizando um rugosímetrolaser; (2) cálculo dos parâmetros de rugosidade e/ou de ondulação; (3) previsãodos coeficientes de coesão e de atrito.
Textura da superfície do substrato
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SANTOS, P., JÚLIO, E., Development of a Laser Roughness Analyser to Predict In Situ the Bond Strength of Concrete-to-Concrete Interfaces,Thomas Telford, Magazine of Concrete Research 60 (5): 329-337 JUN 2008.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Subsequentemente, tentou-se um upgrade do 2D LRAM, consistindo emsubstituir o rugosímetro laser 2D por um laser scanner comercial 3D, para obteruma amostra 3D da superfície do substrato, em vez de um perfil.
Contrariamente ao esperado, a exactidão dos resultados não aumentou e onovo procedimento revelou-se mais complexo.
Textura da superfície do substrato
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SANTOS, P. (PhD student), JÚLIO, E.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros
3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
Índice
48/1272011/2012
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Humidade do Substrato A influência da humidade do substrato na resistência ao corte da interface betão-betão não é uma matéria de consenso.
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
No entanto, pode-se afirmar que:
Um substrato seco pode absorver demasiada água danova camada de betão, resultando em retracção excessivadesta e em fraca adesão ;
Um substrato saturado com a superfície molhada pode
Humidade do Substrato
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Um substrato saturado com a superfície molhada podeimpedir a nova camada de betão de penetrar no substrato,resultando igualmente em fraca adesão .
Um substrato saturado com a superfície secacorresponde à melhor condição de humidade, resultandonuma óptima adesão .
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros
3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
Índice
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4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Agentes de LigaçãoEmbora a aplicação de agentes de ligação para melhorar a adesão entre camadas de betão seja prática corrente em
muitos países, incluindo Portugal, estudos experimentais demonstraram que: a aplicação de um agentede ligação não melhora a resistência da ligação betão-betão desde que seadopte um método de praparação da superfície do substrato que aumenteadequadamente a sua rugosidade.
Situations considered
Substrate surface treatment
Epoxy resin
application
Compressive strengthTensile strength
Pull-off test Slant shear test
original concrete
added concrete
added concrete
Bond strength in
tension
Variation Coefficient
Bond strength in
shear
Variation Coefficient
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JÚLIO, E. S., BRANCO, F., SILVA, V. D., Concrete-to-Concrete Bond Strength. Influence of an Epoxy-Based Bonding Agent on a RoughenedSubstrate Surface, Thomas Telford, Magazine of Concrete Research 57 (8): 463-468 OCT 2005.
application concrete [MPa]
concrete [MPa]
concrete [MPa]
tension [MPa]
Coefficient [%]
shear [MPa]
Coefficient [%]
1r as-cast against steel formwork
no 50.95 47.42 3.81 1.30 33.85
1 yes 50.08 45.22 3.75 2.40 14.17 11.20 7.95
2rwire-brushing
no 49.66 46.11 3.78 1.92 13.54 10.67 8.90
2 yes 50.88 49.38 3.97 2.24 12.05 12.63 15.44
3rpartially chipped
no 51.40 45.46 3.69 1.47 7.48 6.24 20.67
3 yes 49.69 46.61 3.86 1.93 19.69 11.16 11.47
4rsand-blasting
no 50.60 45.14 3.58 2.65 6.42 14.13 8.56
4 yes 50.80 45.30 3.64 2.08 21.63 11.57 2.59
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Agentes de Ligação
Estudos posteriores corroboraram que: os agentes de ligação comerciais são adequadospara melhorar a ligação entre duas camadas de betão endurecido mas menoseffcientes na ligação de betão fresco a betão endurecido. With this specific aim, and incooperation with the Chemical Engineering Department (FCTUC), new bonding agents are being developed...
53/1272011/2012
BARATA, I. (MSc student), GIL, H. (Chemical Engineering Department, UC), JÚLIO, E.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros
3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
Índice
54/1272011/2012
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Rigidez Diferencial
Estudos experimentais provaram que: a resistência ao corte da interface aumenta com aclasse de resistência do betão adicionado e o modo de rotura dos provetes slantshear passa de adesivo (rotura pela interface) para coesivo (rotura monolítica).
55/1272011/2012
added concrete
substrateconcrete
added concrete
substrateconcrete
JÚLIO, E. S., BRANCO, F., SILVA, V. D., LOURENÇO, J. F., Influence of Added Concrete Compressive Strength on Adhesion to an ExistingConcrete Substrate, Elsevier, Building and Environment 41 (12): 1934-1939 DEC 2006.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Rigidez Diferencial
Uma análise utilizando o método dos elementos finitos substanciou este estudo, revelando que: o aumento dadiferença entre as resistências à compressão das camadas de betão dosprovetes slant shear gera tensões normais mais elevadas na interface, para omesmo nível de tensões de corte.
16
18
20
22S
hear
stre
sses
in th
e in
terfa
ce [M
Pa]
Shear stress versus normal stress in the interface
20
Shear stresses
56/1272011/2012
X
Y
Z
10
12
14
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
Distance to the top of the interface [m]
She
ar s
tress
es in
the
inte
rface
[MP
a]
30/30 30/50 30/100
8
9
10
11
12
13
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
Distance to the top of the interface [m]
Nor
mal
str
esse
s in
the
inte
rface
[MP
a]
30/30 30/50 30/100
10
12
14
16
18
8 9 10 11 12
Normal stress [MPa]
She
ar s
tress
[MP
a]
30/30 30/50 30/100
JÚLIO, E. S., BRANCO, F., SILVA, V. D., LOURENÇO, J. F., Influence of Added Concrete Compressive Strength on Adhesion to an ExistingConcrete Substrate, Elsevier, Building and Environment 41 (12): 1934-1939 DEC 2006.
Normal stresses
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros
3.1. Integridade do Substrato3.2. Textura do Substrato3.3. Humidade do Substrato3.4. Agentes de Ligação3.5. Rigidez Diferencial3.6. Retracção Diferencial
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
Índice
57/1272011/2012
4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Retracção Diferencial
Estudos experimentais provaram que: o aumento da diferença de idades entre as camadasde betão dos provetes slant shear conduz a uma maior resistência da interface,contrariamente ao esperado.
EC 2
Exterior
58/1272011/2012
SANTOS, P., JÚLIO, E., Influence of Differential Shrinkage and Stiffness on Concrete-to-Concrete Bond Strength, ACI Structural Journal. (subm)
Exterior
Laboratory
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Rigidez Diferencial
Uma análise utilizando o método dos elementos finitos explicou estes resultados: o aumento da diferençade idades entre as camadas de betão do substrato e adicionada conduz atensões na interface mais elevadas , conforme esperado.
Shear stresses
59/1272011/2012
SANTOS, P., JÚLIO, E., Influence of Differential Shrinkage and Stiffness on Concrete-to-Concrete Bond Strength, ACI Structural Journal. (subm)
Normal stresses
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Rigidez Diferencial
No entanto, uma vez que os provetes slant shear são ensaiados à compressão,as tensões de tracção na interface devidas à retracção diferencial têm umefeito favorável e, como resultado, a tensão de rotura aumenta com adiferença de idades.
Shear stresses
60/1272011/2012
SANTOS, P., JÚLIO, E., Influence of Differential Shrinkage and Stiffness on Concrete-to-Concrete Bond Strength, ACI Structural Journal. (subm)
Normal stresses
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
4.1. Filosofia de Cálculo4.2. Guidelines de Pormenorização4.3. Controlo de Qualidade4.4. Exemplo
5. Notas Finais
Índice
61/1272011/2012
5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Filosofia de Cálculo
PASSO 1 - Inspecção e ensaios in situ
– Caracterização geométrica (comprimento dos elementos; altura e larguradas secções transversais relevantes; localização das armaduras; número ediâmetro dos varões; espessura do betão do recobrimento) e condições deapoio
– Diagnóstico do estado de conservação do substrato: betão (fissuração;carbonatação; penetração de cloretos; etc) e armaduras (corrosão)
62/1272011/2012
carbonatação; penetração de cloretos; etc) e armaduras (corrosão)
– Determinação da resistência dos materiais (fc e fy) e de outraspropriedades mecânicas (e.g., Ec, avaliado com o ensaio PUNDIT emcarotes extraídas do substrato)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Filosofia de Cálculo
PASSO 1 - Inspecção e ensaios in situ
– Avaliação de propriedades estruturais (e.g., frequências próprias e modosde vibração obtidos por medição da vibração ambiente)
– Comparação dos dados obtidos com o especificado no projecto
63/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Filosofia de Cálculo
PASSO 2 – Verificação da Segurança
– Determinação dos valores de cálculo dos esforços actuantes em secçõescríticas (NEd, VEd, MEd, TEd)
– Determinação dos valores de cálculo dos esforços resistentes em secçõescríticas (NRd, VRd, MRd, TRd)
– Comparação entre os valores de cálculo dos esforços resistentes e
64/1272011/2012
– Comparação entre os valores de cálculo dos esforços resistentes eactuantes em secções críticas; se R<E → é necessário reforçar
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Filosofia de Cálculo
PASSO 3 - Verificação aos Estados Limite de Serviço
– Determinação do valor característico da largura de fendas em secçõescríticas, wk
– Comparação entre o valor característico e o valor limite da largura defendas; se w k>w lim → é necessário reforçar
65/1272011/2012
– Determinação da flecha estimada em secções críticas, yt
– Comparação entre o valor estimado value e o valor limite da flecha emsecções críticas; se y t>y lim → é necessário reforçar
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Filosofia de Cálculo
PASSO 4 – Dimensionamento do Reforço
– Estudo de diferentes soluções de reforço
(assumindo a técnica de reforço por adição de uma nova camada de betão:)
– Dimensionamento da camada adicional de betão , considerando:(a) comportamento monolítico do elemento reforçado; (b) contribuiçãototal ou parcial do elemento original (dependendo do estado de
66/1272011/2012
total ou parcial do elemento original (dependendo do estado deconservação); (c) o estado de tensão do elemento original, a menos queseja previsto um escoramento activo ;
– Dimensionamento da armadura que atravessa a interface de acordo coma secção 6.2.5. do Eurocódigo 2 (EN 1992-1-1:2004);
– Determinação de efeitos específicos (retracção diferencial, gradiente detemperatura, etc), sempre que relevante, considerando camadasindependentes e conditições de compatibilidade.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
4.1. Filosofia de Cálculo4.2. Guidelines de Pormenorização4.3. Controlo de Qualidade4.4. Exemplo
5. Notas Finais
Índice
67/1272011/2012
5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Guidelines de Pormenorização
PASSO 1 – Superfície do Substrato
– Especificação da profundidade a remover , no caso de betão degradado,incluindo o equipamento a usar e o procedimento recomendado;
– Especificação do tratamento da superfície , incluindo o equipamento a usare o procedimento recomendado e a caracterização da superfície pretendida.
68/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Guidelines de Pormenorização
PASSO 2 – Conectores Metálicos
– Especificação da execução do furo , incluindo a geometria do furo (diâmetroe comprimento) e procedimento de limpeza
– Especificação da aplicação dos conectores metálicos , incluindo o agentede ligação a usar, o procedimento recomendado e os timings aceitáveis
69/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Guidelines de Pormenorização
PASSO 3 – Camada de Betão
– Especificação do betão: requisitos da mistura (e.g., dimensão máxima dosagregados); requisitos do estado fresco (classe de consistência; velocidadede espalhamento, no caso dos betões autocompactáveis; etc); e requisitosdo estado endurecido (classe de resistência; classe de densidade, no casode betões leves; retracção permitida; permeabilidade; etc)
– Especificação da betonagem da nova camada, incluindo requisitos de
70/1272011/2012
– Especificação da betonagem da nova camada, incluindo requisitos dehumidade para o substrato (substrato saturado / superfície seca), e osprocedimentos de cura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
4.1. Filosofia de Cálculo4.2. Guidelines de Pormenorização4.3. Controlo de Qualidade4.4. Exemplo
5. Notas Finais
Índice
71/1272011/2012
5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Controlo de Qualidade
PASSO 1 – Superfície do Substrato
– Verificação da textura da superfície do substrato, preferencialmente:conformidade dos parâmetros de textura, medidos com o 2D LRAM, comvalores especificados no projecto de reabilitação
72/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Controlo de Qualidade
PASSO 2 – Conectores Metálicos
– Verificação da ancoragem dos conectores metálicos, através da realizaçãode ensaios pull-out
73/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Controlo de Qualidade
PASSO 3 – Camada de Betão
– Verificação da ligação betão-betão, através da realização de ensaios pull-off
74/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade
4.1. Filosofia de Cálculo4.2. Guidelines de Pormenorização4.3. Controlo de Qualidade4.4. Exemplo
5. Notas Finais
Índice
75/1272011/2012
5. Notas Finais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Exemplo (*)
Pretende-se reabilitar uma ponte rodoviária com 50 anos (Fig. 6), classe II deacordo com o RSA, de forma a poder acomodar acções da classe I.
76/1272011/2012
(*) adaptado de um trabalho de consultoria.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 1 - Inspection and on-site testing
77/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 1 - Inspection and on-site testing
– Assessment of deck geometry (length, l=12.00m; width, w=8.0m; height,h=0.60m); reinforcement (top and bottom: #10φ20/m; effective depth,d=0.55m; cover, c=0.04m) and support conditions (built in at both ends)
a=0.05m
78/1272011/2012
h=0.60m
b=1.00m
a=0.05m
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 1 - Inspection and on-site testing
– Diagnosis of the state of conservation of the substrate: concrete is sound(relevant cracking not observed, w=0.2mm<0.3mm; carbonation OK,pH=11>10; chloride content OK, 0.3%<0.4%) and reinforcement withoutcorrosion
– Evaluation of the compressive strength of concrete (fck=20MPa) and of theyielding strength of steel (f =400MPa; ε >50‰)
79/1272011/2012
yielding strength of steel (fyk=400MPa; εuk>50‰)
– Estimation of structural properties (not performed)
– Analysis of original design project (not available)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 2 - Safety check
– Combination of actions for ULS
To simplify the example, it is only considered the effect of one load case,corresponding to the dead weight action, DW=22.5kN/m, combined with the action of atriple axle load of 200kN (100kN) per axle, for class I (II), positioned at middle span ofeach lane, Q = 200(100) x 2 vehicles / 8m = 50 (25) kN
80/1272011/2012
1.35DW1.5Q1.5Q 1.5Q
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 2 - Safety check
– Applied internal forces and moments (VEd, MEd) for ULS, class II:
VEd[kN]
81/1272011/2012
MEd[kNm]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 2 - Safety check
– Applied internal forces and moments (VEd, MEd) for ULS, class I:
VEd[kN]
82/1272011/2012
MEd[kNm]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 2 - Safety check
– Design value of resistant moment ,
εc=3.5‰
ε’
Fc
F’
A’s=31.42cm2/m
( )−+ == RdRdRd MMM
x
83/1272011/2012
ε’s F’s
Fs
As=31.42cm2/m
εs
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 2 - Safety check
– Design value of resistant moment , MRd
xxfxF cdc 106670.1133338.00.18.0 =⋅⋅=⋅⋅=
−⋅=××××−××=′⋅′⋅=′ −−
xx
xAEF ssss
05.0121991042.31105.3
05.010200 436ε
84/1272011/2012
mxxxFFFF ssci
i 062.001101106106670 2 =⇒=−+⇒=′+⇒=∑
xx
kNAfF syds 10931042.3110348 43 =×××=⋅= −
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
yds εε =×<×=××−=′ −−− 333 1074.11068.0105.3062.0
05.0062.0
STEP 2 - Safety check
– Design value of resistant moment , MRd
εc=3.5‰
85/1272011/2012
( ) kNmMMM Rdi
Rdi 55950.0425062.04.055.0661 =×+×−×=⇒=∑
kNFs 425062.0
05.012199 =
−⋅=′
uds εε =×<×=××−= −−− 333 100.45105.27105.3062.0
062.055.0
kNFc 661062.010667 =×=
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 2 - Safety check
– Comparison between design values of resistant and applied internal forcesand moments at critical cross-sections
therefore, the bridge is safe for class II traffic loads; but:
)(527559 max, IIclassMkNmkNmM EdRd =>=
86/1272011/2012
therefore, the bridge is safe for class II traffic loads; but:
therefore strengthening is needed , near the supports, for class I trafficloads.
)(688559 max, IclassMkNmkNmM EdRd−=<=
)(422559 max, IclassMkNmkNmM EdRd+=>=
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 3 - SLS check
– Combination of actions for SLS
DW0.2Q0.2Q0.2Q
87/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 3 - SLS check
– Applied internal forces and moments (VEd, MEd) for SLS, class II:
VEd[kN]
88/1272011/2012
MEd[kNm]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 3 - SLS check
– Applied internal forces and moments (VEd, MEd) for SLS, class I:
VEd[kN]
89/1272011/2012
MEd[kNm]
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 3 - SLS check
– Characteristic value of crack width , wk
23 6060100 ×moment of inertia of uncracked cross-section:
αe=Es/Ecm=200/30=6.67
90/1272011/2012
( ) 423
202268952
6042.31167.62
12
60100cmI =
−××−×+×=
SLSEdctmcr MkNmkNm
v
IfM =<=×××=⋅=
−
6.29114830.0
10227.20102.2
33
cracking moment:
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
( ) ( ) ( )xxx
x −××=−××−+⋅⋅ 5542.3167.6542.31167.62
100
location of neutral axis of the cracked cross-section:
cmxxx 1201241738850 2 =⇒=−+⇒
STEP 3 - SLS check
– Characteristic value of crack width , wk
91/1272011/2012
cmxxx 1201241738850 2 =⇒=−+⇒
( ) ( ){ } { } cmhxhdhh efc 5.120.30;0.16;5.12min2;3;5.2min, ==−−=calculation of maximum crack spacing:
2, 12505.12100 cmA effc =×=
%5.21250
42.31
,, ===
effc
seffp A
Aρ
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
mmkkkcks effpr 272,4213max, =+= ρφk1=0.8; k2=0.5; k3=3.4; k4=0.425; c=40mm;φ=20mm
STEP 3 - SLS check
– Characteristic value of crack width , wk
92/1272011/2012
( ) ( ) ( ) 4223
453830125542.3167.651242.31167.63
120.1cmI =−××+−××−+×=
moment of inertia of cracked cross-section:
( ) MPas 18412.055.010453830
106.29167.6
8
3
=−××
××= −
−
σ
stress in the tension reinforcement:
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
( )s
effpeeffp
effctts
fk
σρα
ρσ
εε1 ,
,
,
≥+−
=−
kt=0.4; fct,eff=fctm=2.2MPa
STEP 3 - SLS check
– Characteristic value of crack width , wk
93/1272011/2012
s
s
s
effpcmsm EE
σρεε 6.0, ≥=−
( )33
3106.0107.0
10200
025.067.61025.02.2
4.0184−− ×>×=
×
×+−=− cmsm εε
( ) OKmmmmsw cmsmrk ,3.02.0107.0272 3max, <=××=−⋅= −εε
crack width:
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 3 - SLS check
– Deflection at mid-span cross-section, at(1)
mac3
6
3
6
4
105.2018.01030
1215
192
1
018.01030
125.22
384
1 −×=××
××+××××=
basic deflection:
94/1272011/2012
kNmM D 6.291=design moment:
45.0132102.26
6.00.1 32
=⇒=×××=D
rDrD M
MkNmM
cracking moment:
(1) calculations according to CEB Design Manual on “Cracking and Deformations”, EPFL, 1985.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
0.1;038.055100
42.3167.6;9.0;5.2 =
′=
××===
ρραρϕ
h
d
STEP 3 - SLS check
– Deflection at mid-span cross-section, at(1)
95/1272011/2012
(1) calculations according to CEB Design Manual on “Cracking and Deformations”, EPFL, 1985.
85.0;0.5 == ηtkglobal correction coefficients:
( ) OKlmmmmaka ctt ⇒<=××=⋅⋅= 100012115.20.585.0ηprobable deflection:
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer , considering:
a) monolithic behaviour of the strengthened RC member;
b) total contribution of the original RC member , taken into account itsgood state of conservation;
96/1272011/2012
good state of conservation;
c) the stress state of the original RC member, since an active shoring isnot previewed
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
stress state of the original RC member during the strengthening work, assuming SLS (class II):
ε
As=31.42cm2/m
97/1272011/2012
εc
εs
ε’sx
Fc
Fs
F’s
A’s=31.42cm2/m
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
33
1092.010200
184 −×=×
==s
ss E
σεfrom x=0.12m; σs=184MPa:
98/1272011/2012
33
1026.01255
1092.0
12−
−
×=⇒
−×= c
c εε
33
1015.01255
1092.0
512−
−
×=′⇒
−×=
−′
ss εε
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
design of the concrete overlay :
∆ε0.92‰
99/1272011/2012
∆εc
∆εs
∆ε’sx
0.92‰
0.15‰0.26‰
∆εc,co
+
∆ε’ s,co
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
design of the concrete overlay , assuming a=0.05m<x<toverlay:
∆ε ε0.92‰ F
100/1272011/2012
∆εc
∆εs
∆ε’sx
∆εc,co
+
∆ε’ s,co
εs0.92‰
0.15‰0.26‰
=
∆εcε’s
εc,co
ε’ s,co
εc
Fc,co
Fs
F’s
F’s,co
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
design of the concrete overlay , adopting toverlay=0.10m:
3, 105.3 −×=cocε
x 41075.105.0 −×−
101/1272011/2012
xx
xcos
433
,
1075.1105.3105.3
05.0 −−− ×−×=××−=′ε
( )xx
xs
4333 1025.5
1065.3105.310.005.0
1015.0−
−−− ×+×−=××−++×−=′ε
( )xx
xs
3333 1028.2
1058.2105.355.010.0
1092.0−
−−− ×+×−=××−++×=ε
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
design of the concrete overlay , adopting C40/50 and S500 #10φ10/m:
xxF coc ⋅=××= 21334266670.18.0,
41075.1 − ×
102/1272011/2012
, assuming
, assuming
, assuming
44
36, 1085.7
1075.1105.310200 −
−− ××
×−×××=′x
F cos
kNFs 10931042.3110348 43 =×××=′ −
3, 1017.2 −×=≤′ ydcos εε
31074.1 −×=>′ yds εε
kNFs 10931042.3110348 43 =×××= − 31074.1 −×=> yds εε
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
static equilibrium:
⇒+′=′+⇒=∑ coccosssi
i FFFFF ,,0
1075.1 4 × −
103/1272011/2012
xx
213341085.71075.1
105.31020010931093 44
36 +××
×−×××=+⇒ −−
−
048.275.163621334 2 =+−⇒ xx
mx 09.0=⇒
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
checking assumptions:
× −41075.1
mtmxma co 10.009.005.0 =<=<=
104/1272011/2012
ydcos εε =×<×=×−×=′ −−−
− 334
3, 1017.21056.1
09.0
1075.1105.3
yds εε =×>×=×+×−=′ −−−
− 334
3 1074.11018.209.0
1025.51065.3
ud
yds ε
εε=×<=×>
×=×+×−= −
−−
−−
3
33
33
100.45
1074.11075.22
09.0
1028.21058.2
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of additional RC layer
resultants and corresponding lever arms (relative to the reinforcement of the concrete overlay):
mzkNFcocFcoc 014.009.04.005.0;192009.021334,, =×−==×=
mzkNF 10.005.005.010.0;1093 =+−==′ ′
105/1272011/2012
resistant moment:
mzkNFsFs 10.005.005.010.0;1093 =+−==′ ′
mzkNFsFs 60.005.055.010.0;1093 =−+==
( )IclassMkNmkNmzFM Edi
FiRd i
−=>=⋅=∑ max,688792
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Definition of the strengthening zone
mxxxM Ed 45.05592.159.2942.688 2 =⇒−=−+−=
max l 10.165.045.0 =+=+
106/1272011/2012
( ) MPakNmmxM SdsEd 6.20710038.12.38210.1 3 =⇒×=⇒−== − σε
mf
lbd
Sdrqdb 40.0
63.2
6.207
4
020.0
4, =⋅=⋅= σφ
MPaff ctdbd 63.25.1
5.20.17.025.225.2 21 =×××=⋅⋅⋅= ηη
mlax bdl 50.140.065.045.0 =++=++
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of reinforcement crossing the interface
Fs,rFs,l
MEd,l MEd,rεεεεEd,l εεεεEd,r>
107/1272011/2012
Fs,rFs,l
F’s,l
Fc,co,l
Fc,lF’s,co,l
F’s,r
Fc,co,r
Fc,rF’s,co,r
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of reinforcement crossing the interface
108/1272011/2012
Fc,co,l
F’s,co,lFc,co,r
F’s,co,r
νEdi
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of reinforcement crossing the interface
x M F c,co F' s,co ∆∆∆∆ F A i νννν Edi A s /s As /s
(m) (kNm) (kN) (kN) (kN) (m2 ) (kN/m2 ) (cm2 /m) (cm2 /m)
0,000 -688 -1157 -119
0,500 -545 -681 -70 525 0,500 1050 23 37
1,000 -409 -511 -53 187 0,500 374 -1 13
109/1272011/2012
Fc,co,l
F’s,co,lFc,co,r
F’s,co,r
νEdi
yd
ctdEdis
f
fc
s
A
⋅⋅−≥
µν
c= 0,40 0,00
µ= 0,65
fctd= 1000 kN/m2
fyd= 435000 kN/m2
1,000 -409 -511 -53 187 0,500 374 -1 13
1,500 -280 -350 -36 178 0,500 356 -2 13
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of reinforcement crossing the interfaceConsidering 16mm diameter connectors:
(adopting 2x0.20min the other direction)
ms 20.023.037
2 →=≤ ( ) ms 30.038.020.0213
2 →=××
≤
110/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Design
STEP 4 - Strengthening Design
– Design of reinforcement crossing the interface
111/1272011/2012
localization of design steel connectors
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Detailing
STEP 1 - Substrate surface
– Concrete does not need to be removed
– The roughness of the substrate surface has to be increased, using shot-blasting or sand-blasting , in order to obtain c=0.45 and µµµµ=0.7, assessedwith the 2D LRAM .
112/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Detailing
STEP 2 - Steel connectors
– Holes drilled with 20mm diameter and130mm length
– Holes must be cleaned using water jetand, after drying, compressed air
– Bonding agent, type Hilti HIT-RE 500, is125mm
20mm
130mm
113/1272011/2012
– Bonding agent, type Hilti HIT-RE 500, isneeded to apply the steel connectors
– 191 S500 steel connectors with 16mmdiameter
– connector geometry (see figure) aimingboth to improve the anchorage of connectors to theconcrete overlay and to hang the reinforcement
50mm
Reabilitação e Reforço de Estruturas
STEP 3 - Concrete overlay
– mixture requirements: a shrinkage reduction admixture (SRA) should beincluded, as well as an addition of silica fume , for enhanced durability
– strength class : C40/50
– casting requirements: a saturated substrate / dry surface condition shouldbe assured; shotcrete should be adopted, since the concrete overlay is to be applied
4.4. Example - Detailing
114/1272011/2012
be assured; shotcrete should be adopted,on the lower part of the bridge deck and also due to its reduced thickness
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Quality control
STEP 1 - Substrate surface
– Texture checking of the substrate surface, using the 2D LRAM, to verify ifc=0.45 and µµµµ=0.7, as specified
STEP 2 - Steel connectors
– Anchorage checking of steel connectors, by performing 8 pull-out tests in the
115/1272011/2012
– Anchorage checking of steel connectors, by performing 8 pull-out tests in theareas indicated with yellow circles on the next slide figure
STEP 3 - Concrete overlay
– Concrete-to-concrete bond checking, by performing 6 pull-off tests in theareas indicated with green circles on the next slide figure
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4.4. Example - Quality control
116/1272011/2012
localization of design steel connectors pull-out tests pull-off tests
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
5.1. Investigação em Curso5.2. Desafios e Desenvolvimentos Futuros
Índice
117/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
Numerical Modeling of Cracking in 2-Layers-RC MembersD. Dias da Costa (PhD student), E. Júlio (UC), J. Alfaiate (UTL), P. Areias (UE)
118/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
Substrate Characterization by Combining Laser-Scanning, Multi-Spectral Analysis and Signal ProcessingJ. Valença (PhD student), E. Júlio (UC), H. Araújo (Electrical Eng., UC), J. C. Príncipe (Electrical Eng., U. Florida)
119/1272011/2012
Argamassa de reparação
Colonização biológica
Betão original
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
Innovative Methods for Quality Control of Concrete-to-Concrete InterfacesP. Santos (Construction Physics, UC), E. Júlio (UC), J. Santos (Electrical Engineering, UC)
5 mm
Receptores
Carga de impacto
y
x
2,5 mm
5 mm
5 mm
AR
0.02
Interface Rugosa
120/1272011/2012
0.20
0.20
BETÃO 2
BETÃO 1
AR
0.20Linhas de Receptores
Interface Betão-Betão
0.02
Ou
Interface Lisa
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
HSLWAC Overlay for Strengthening Bridge Decks and Building SlabsH. Costa (PhD student), E. Júlio (UC), J. Lourenço (IPC)
121/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
Time-Dependent Behaviour of Concrete-to-Concrete Interfaces P. Fernandes (IPLeiria), E. Júlio (UC), P. Tiago (IPC; EC+A)
122/1272011/2012
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
defo
rmad
as
[mm
]
t=-0 - inst t=+0 - inst t=1 h - inst t=7 d - inst t=21 d - inst t=42 d - instt=90 d - inst t=-0 - foto t=1 h - foto t=90 d - foto t=-127 d - num t=-0 - numt=+0 - num t=1 h - num t=7 d - num t=21 d - num t=42 d - num t=90 d - numt=-127 d - calc t=-0 - calc t=+0 - calc t=90 d - calc
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
FRP Strengthening of RC columns, Pre-Stressed with Expansive MortarM. Agante (PhD student), E. Júlio (UC), J. Barros (UM), J. Santos (Central de Projectos)
123/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Investigação em Curso
Strengthening of Foundations with Mortar-Connected Steel Micro-PilesJ. Veludo (PhD student), E. Júlio (UC), P. L. Pinto (Geotechnics, UC)
calda
1) rugosidade dofuro
2) diâmetro dofuro
4) textura dotubo
3) comprimento deselagem
5) confinamentolateral
furo
tubo
varãopoliestirenoexpandido
denteação
450x450
prato deancoragem
varãodywidag
124/1272011/2012
pórtico
células decarga
LVDT 25
LVDT 25
bloco
planta
perfil perfil
actuadorhidráulico
vigas dereacção
varõesdywidag
células decarga
laje
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Introdução2. Interfaces Betão-Betão3. Influência de Diferentes Parâmetros4. Cálculo, Pormenorização e Controlo de Qualidade5. Notas Finais
5.1. Investigação em Curso5.2. Desafios e Desenvolvimentos Futuros
125/1272011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Desafios e Desenvolvimentos Futuros
Recobrimento de UHPFRC para Aumento da Durabilidade
126/1272011/2012
E. Brühwiler (EPFL)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Desafios e Desenvolvimentos Futuros
Reforço de Túneis em Betão com FRC Resistente ao Fogo
127/1272011/2012