Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR
António Costa
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
REFORÇO COM PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR
Alteração do sistema estrutural
Aumento da capacidade resistente
Correcção do comportamento em serviço
Aplicação
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
Exemplos – Alteração do sistema estrutural
Eliminar um apoio
Introduzir um apoio elástico
Mudar o sistema de apoios
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
Exemplos – Corrigir comportamento deficiente
Controlo da fendilhação e deformação
Aumento da capacidade resistente
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Exemplo: aplicação de pré-esforço exterior no reforço do tabuleiro de uma ponte em caixão
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
g + q
P P
g, q
g g + q q
g g + q q’
g
g + P
(N = P; ΔσP)
P
(1)
(2)
Efeito do Pré-esforço
Estrutura inicial
Estrutura reforçada
(1) Antes do reforço
(2) Após o reforço
Aumento da capacidade de carga
Melhoria do comportamento em serviço
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Métodos de análise
An
áli
se
da s
ec
ção
An
áli
se
da e
str
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Pré-esforço exterior (não aderente)
Pré-esforço interior (aderente)
Dimensionamento
Linha neutra
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Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
Tensões antes do reforço Tensões após do reforço
Exemplo
Reforço com Pré-
esforço exterior
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Ref: Pederson H. et al “Strengthening of concrete bridges by use of external prestressing”
Ancoragem dos cabos
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REFORÇO REALIZADO EM 2005
Reforço dos Viadutos de acesso
Ponte da Figueira da Foz
Autor: Eng. Edgar Cardoso 1982
Obra: OPCA
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Viaduto da margem esquerda
- Alçado
- Planta
Viaduto da margem
direita
- Alçado
- Planta
Reforço dos Viadutos de acesso à Ponte da Figueira da Foz
Descrição da estrutura
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CORTE TRANSVERSAL
Reforço dos Viadutos de acesso à Ponte da Figueira da Foz
- Corte transversal
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Anomalias
Cabos de Pré-esforço
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Pré-esforço
Tensões para Combinação QP
Face superior
Face inferior
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Pré-esforço
Verificação da segurança ELU
Esforço transverso
Flexão
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Reforço com pré-esforço exterior
Objectivos:
Garantir a descompressão para a comb QP
Aumentar a capacidade resistente à flexão
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Reforço com pré-esforço exterior
Reforço
Vigas interiores: 4 cabos de 4 cordões 0,6”
Vigas laterais: 2 cabos de 4 cordões 0,6”
+ 2 cabos de 3 cordões 0,6”
Acção do pré-esforço exterior equilibra cerca de 20%
da carga permanente
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Reforço com pré-esforço exterior
Desviadores
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Ponte sobre o Rio Cávado
Albufeira da Caniçada
Reabilitação estrutural
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Estrutura
Aspectos mais marcantes do projecto:
- Pilares com altura máxima de 57.90m em alvenaria com secção em losango oco com as
diagonais iguais a 4.0 e 8.0 m, apresentando as suas paredes uma espessura de 0.30 m nos
primeiros 22.50 m a contar do topo e de 0.40 m a partir dessa cota. As paredes são
contraventadas de 4.5 em 4.5 m por uma laje de betão armado com uma abertura elíptica. Esta
solução de travamento horizontal para o pilares, que o autor associava aos nós das canas de
bambu tem como objectivo evitar a instabilidade das paredes (placas) que constituem a secção
do pilar.
- O tabuleiro apoia nos pilares e encontros através de aparelhos de apoio móveis e fixos (nos
pilares P2 a P5 e encontro sul) em betão armado constituídos por discos de grande dimensão
com 1.40 m de diâmetro e 0.90 m de espessura.
Autor: Eng. Edgar Cardoso 1952 – 53
Obra: NOVOPCA – Construtores Associados, Lda. 1952 – 54
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Tabuleiro
Secção Transversal do Tabuleiro
Apoio do Tabuleiro nos Pilares
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Análise estrutural – Verificação da segurança
Análise estrutural – Verificação da segurança
Ensaios 2005
Tabuleiro
- Resistência à compressão do betão: 36.2 MPa a 58.4 MPa - Recobrimento de armaduras muito variável: 5 mm a 93 mm - Profundidade de Carbonatação: 3 mm a 47 mm
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Análise estrutural
Pormenorização de Armaduras
20.3 cm²
79.1 cm²
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Análise estrutural
– Momentos flectores - Análise elástica (carga permanente)
-200 KNm 327 KNm -628 KNm
736 KN
-787 KN
– Esforços axiais - Análise elástica
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Análise estrutural
– Esforços axiais - Análise elástica c/ redistribuição de esforços
836 KN
-911 KN
-390 KNm 0 KNm
-1167 KNm
– Momentos flectores - Análise elástica c/ redistribuição de esforços
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– Fendilhação (carga permanente)
Análise Não Linear
Modelo de Elementos Finitos
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
– Momentos flectores [MNm] (carga permanente)
Step 11,
-2
.55
7E
-02
-2
.89
1E
-01
7
.12
0E
-02
6
.14
5E
-02
9
.74
2E
-02 -
6.6
97
E-0
1
-1
.25
4E
-01
-4.2
16E
-01
1.4
19E
-01
-1.9
06E
+00
2
.43
8E
-02
-2.7
20E
-02 -
2.4
76
E-0
2
-6.362E-01
-5.727E-01
4.664E-02
-1.786E-01
– Esforços axiais [MN]
Step 11,
7
.21
0E
-01
7
.19
5E
-01
7
.24
1E
-01
5
.71
2E
-01
6
.13
6E
-01
4
.62
6E
-01
4.9
76E
-01
-6
.38
4E
-05
2
.65
0E
-03
7
.50
6E
-04
1
.21
5E
-03
9
.18
1E
-05
2
.35
1E
-04
6
.00
1E
-06
7
.39
0E
-05
-1.1
02E
+00
-1.5
21E
-01
-6
.84
3E
-01
-6.8
28E
-01
-6.8
53E
-01
-6.7
90E
-01
-6.8
01E
-01
-6.7
64E
-01
-6.7
94E
-01
-1.858E-01 4.890E-02
-2.759E-01
-2.306E-01
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Análise Não Linear – avaliação da capacidade de carga
- Configuração de rotura (CP + 1.7 x VT)
Step 28, Cracks: in elements, openning: <-2.182E-06;5.016E-03>[m], Sigma_n: <-7.734E-01;2.208E+00>[MPa], Sigma_T: <-1.335E+00;2.380E+00>[MPa]
VT
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P P
PRÉ-ESFORÇO EXTERIOR Reforço Activo
Pré-esforço longitudinal (2 x 7 cordões por viga). Introduz compressão no banzo superior, reduz fendilhação e
aumenta a capacidade resistente.
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Reforço Passivo
Função complementar: injecção de fendas mais expressivas (>0.3mm), reparação local e reforço local com
chapas inox e CFRP.
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Verificação da Segurança
E. L. Ultimo – Modelo Não Linear – Atena
- Antes do Reforço: CP + 1.7 VT (considerando as propriedades médias dos materiais) ou 1.35 CP + 0.5 VT (considerando as propriedades de cálculo dos materiais) - Após o Reforço: 1.35 CP + 2.0 VT (considerando as propriedades de cálculo dos materiais)
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Intervenção de reabilitação
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Reabilitação estrutural
Reforço com pré-esforço exterior
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Ancoragens passivas
Reabilitação estrutural
Reforço com pré-esforço exterior
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Ancoragens activas
Reabilitação estrutural
Reforço com pré-esforço exterior
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Reabilitação estrutural
Reforço com pré-esforço exterior Injecção e selagem
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Reforço de um Edifício Antigo - Metodologias
Edifício com estrutura porticada em betão
Ref. – Museu do Oriente em Lisboa, A2P Consult Lda
Corpos A, B e C
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Reforço de um edifício antigo
Avaliação:
Projecto – regulamento de 1935: RBA
Cargas gravíticas relativas à nova utilização inferiores às cargas associadas à
utilização anterior
Estrutura de betão regular, robusta e com bom comportamento em serviço
Não satisfação da segurança relativamente à acção sísmica
– armadura de esforço transverso insuficiente
– armadura de cintagem insuficiente
– armadura longitudinal, em geral, suficiente
Intervenção:
Reforço de pilares ao esforço transverso com chapas metálicas
Reforço de pilares à flexão com chapas metálicas
Eliminação de pilares para aumentar vãos
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Reforço de um edifício antigo
Planta do piso 0 – corpo A
Planta do piso 0 – corpo C
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Eliminação de pilares
Reforço com pré-esforço exterior
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
Perspectiva explodida
Reforço com pré-esforço exterior
Desviador central
Reabilitação e Reforço de Estruturas Mestrado em Engenharia de Estruturas
Reforço com pré-esforço exterior
Pormenores do
desviador central
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