Reforco de Fundacoes

Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura

REFORÇO DE FUNDAÇÕES

Reforço de fundações. Aspectos estruturais: ligação micro-estaca estrutu

João Veludo (Prof. Adjunto da ESTG - IPLeiria)

Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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ÍNDICE 1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estru tura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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1ª SESSÃO Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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ÍNDICE 1. Introdução

2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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1. Introdução • A reabilitação e o reforço de estruturas de betão armad implicam em variadíssimas situações o reforço das sua fundações e muitas vezes o recalçamento da própr estrutura. • As operações de reforço de fundações são na grand maioria operações bastante complexas e onerosas. • Os trabalhos de reforço são executados sobre um estrutura existente e na grande maioria das situações e funcionamento. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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1. Introdução 





A necessidade de reforço de fundações resulta de um mau desempenho das fundações ou quando se procede alteração de uso ou ao reforço da estrutura. Todos os problemas associados às fundaçõe manifestam-se ao nível da superestrutura na forma d assentamentos ou de fissuras sendo responsáveis po danos arquitetónicos, danos de funcionamento e dano estruturais. O diagnóstico do problema é fundamental para tomada d decisão da necessidade de reforço da fundação e qual tipo de reforço a adotar.


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1. Introdução Limites admissíveis para assentamentos diferenciais S1

S2

S3

S4

θ - rotação β - rotação relativa ou distorção angular ω - inclinação

ω θmáx

βmáx

∆smáx

smáx - assentamento máximo

∆smáx - assentamento diferencial máximo

1/100

1/200

1/300

1/400

1/500

1/600

1/700

1/800

1/900

Limite para equipamentos sensíveis Fendilhação em edifícios correntes Fendilhação em paredes (ELS) Fissuras de grandes dimensões Rotura estrutural (ELU)


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1. Introdução - Fendilhação de elementos não estruturais

assentamento

assentamento

a) Pilares interiores

assentamento

b) Pilares exteriores

A fendilhação resulta da rotura das alvenarias por tração cuja resistência muito reduzida. O assentamento dos apoios provoca um estado de tensã com isostáticas de compressão e tração, nos elementos não estruturais. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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1. Introdução Assentamento diferencial entre pilares Pormenor nda fe

pilares

a nd fe

c)

tracção

F2

a)

ão ss e r mp co

F1

assentamento diferencial (∆)

a a´

ω

estado de tensão l

fenda

P1

tir an te

b

b

la ie

L fenda

L

β

∆

∆

+ l

b)

a´

∆

ε

ε

cos θ

θ

L´=L + ε

P2

=∆ ≅

−β π/2

ε π

= cos 

2


 

−β 

ε senβ

ε ∆≅ ≅ senβ João Veludo

a2 + b2 ε b 8/176


ÍNDICE

1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas

4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.1 Escolha do tipo de reforço A escolha do tipo de reforço depende de vários fatores: • Tipo de solicitação: estática ou dinâmica; permanente ou temporária; • Estado de conservação da fundação existente; • Assentamentos máximos admissíveis para a estrutura; • Condições do solo de fundação; • Profundidade do nível freático; • Estado de conservação da superestrutura; • Condições de acesso e de mobilidade para a execução dos trabalhos; • Perigo de desastres ambientais. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço a) Melhoramento do s olo de fundação (injeções; inclusões rígidas; geossintéticos); b) Reparação da fundação (fendilhação e delaminação do betão; corrosão de armaduras); c) Reforço da fundação por alteração da sua geometria (alargamento da base com ou sem sobreposição); d) Aumento da rigidez da estrutura; e) Reforço com recalçamento da fundação. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço a) Reparação da fundação - Fundações superficiais Reparação da fundação de uma antena de telecomunicações

a) Antes da reparação

b) Picagem de betão c) Encamisamento e colocação de conetores


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d) Após reparaçã 12/176


2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço a) Reparação da fundação -Reparação Fundaçde ões profun das armado e estacas metálicasem ambientes marítimos. estacas de betão

a) Reparação de estacas de betão com FRP Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

a) Reparação de estacas metálicas com betume mantas de PEAD João Veludo

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3. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço a) Reparação da fundação - Fundações profun das de estacas de madeira Reparação

Elementos metálicos

Laje de betão para redistribuir esforços


Encamisamento com betão João Veludo

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação Quando o terreno de fundação tem capacidade de carga suficiente, mas a área d fundação é insuficiente, devido a erros de projeto ou a um aumento da carg aplicada á estrutura, o reforço de fundações pode ser realizado com alargamen da fundação existente. P+∆P

P

a

c

b a

a) Tensão para cargas existentes; b) Tensão para o aumento de carga; c) Tensão total


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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação P

P

q=γ.D A

q=γ.D

D

B

C

Superfície de rotura

qu =c N ⋅ cb⋅ c s⋅c ci⋅ +q N ⋅ q bq⋅ ⋅qsq i⋅ + Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Redução da superfície de rotura

⋅ ⋅ B⋅ N⋅ 0,5 ⋅b s⋅ γi João Veludo

′

γ

γ

γ γ

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação - Ala rgamento sem sobre posição superfície rugosa

furos a executar para selagem de armaduras

conectores

fundação existente armadura existente emenda de varões com acopladores permite uma menor escavação

alargamento

superfície rugosa

fundação existente a não utilização de acopladores implica uma maior escavação

placas de ancoragem

armadura existente

varões de pré-esforço

Aumento da área de contacto. Este reforço pode ser executado com varõe correntes selados em furos previamente executados na fundação existente ou p aplicação de varões roscados pré-esforçados. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação - Sobreposição

Esta solução permite aumentar a capacidade resistente: • à flexão;

armadura de reforço camada de betão de sobreposição

conectores s

h f i

H

• ao corte; • ao punçoamento. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

fundação existente

armadura existente

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação -Aumentar Alargamen to com sobr epo ão a área de contacto e asiç capacidade resistente à flexão, ao cor e ao punçoamento. armadura de reforço

armadura de reforço superfície rugosa

conectores

estribos

superfície rugosa

conectores

estribos

s

h

s

h

f

f

H

i

H

H

i

H


fundação existente armadura de reforço

armadura existente

a) Sapatas isoladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

estacas existentes

emenda de varões

estacas de reforço

b) Maciços de encabeçamento João Veludo

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação - Considerações para dimensionamento 1. Determinação das ações atuantes; 2. Verificação da capacidade resistente do solo de fundação; 3. Verificações do estado limite último de flexão; 4. Verificação ao estado limite último de punçoamento; 5. Verificação ao estado limite último de esforço transverso; 6. Verificação da tensão tangencial nas juntas de betonagem; 7. Verificação ao corte da ligação pilar / fundação. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação - •Vdimensionamento erificação da tensãode tangencial nas junta s de betonagem σs

conectores Eurocódigo 2 (2010) - cláusula 6.2.5 Coesão

A t r it o

τ w

Dowel

τ σ

action

vRdf,ci = ⋅

+ctd ⋅ +µf ⋅σ n⋅sen ⋅ρ


σ

σs

+ (cos µ ≤ α⋅ 0.5 ⋅f

yd

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α)

ν 21/176


2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço c) Alteração da geometria da fundação - Exemplo de reforço com alargamento com sobreposição


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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço e) Reforço com recalçamento As técnicas de reforço referidas anteriormente nem sempre são aplicávei quer pelo aumento considerável de cargas na estrutura, quer pe natureza do solo de fundação, sendo nestas situações necessár transferir as cargas da estrutura para estratos mais profundos. Os principais objetivos do recalçamento são os seguintes: • Corrigir e evitar os assentamentos da estrutura; • Evitar os assentamentos de uma estrutura no caso da realização d escavações na sua vizinhança; • Reforçar as fundações para aumentar a sua capacidade de carga. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço d) Reforço com recalçamento - Métodos utilizados 1. Recalçamento com sapatas contínuas em betão armad ou de maciços de betão; 2. Recalçamento com estacas moldadas; 3. Recalçamento com cravação de estacas prensadas; 4. Recalçamento com injeções; 5. Recalçamento com micro-estacas. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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2. Soluções de Reforço 2.2 Técnicas de reforço e) Reforço com recalçamento 3. Recalçamento com estacassobrepostos prensadas Cravação de elementos segmentados de betão armado ou metálico A sua cravação é feita com o auxílio de macacos hidráulicos. entivação

estrutura existente

prato de

macaco hidráulico bloco de aço

reação

macaco hidráulico

furo previamente executado na fundação existente

estrutura existente

selagem

estrutura de reacção

estacas

a) Instalação sob a fundação Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Instalação através da fundação João Veludo

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3. Soluções de Reforço 3.2 Técnicas de reforço e) Reforço com recalçamento - Exemplo de recalçamento de uma moradia com estacas prensadas

1

2

3

5


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ÍNDICE

1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.1 Micro-estacas: Definição • As micro-estacas são elementos estruturais de pequeno diâmetr inferior a 300 mm, perfurados no solo e injetados sob pressão co calda de cimento e reforçados através de tubos, perfis metálicos e / o varões em aço, capazes de transferir as cargas para estratos ma profundos e / ou limitar deformações. • Podem ser igualmente cravadas, sendo constituídas por elemento metálicos de pequeno diâmetro e pequenos segmentos (0.5 a 1.0 m), instaladas com auxílio de macacos hidráulicos e de um sistema d reação. • São elementos que podem trabalhar à compressão ou à tração, send a transferência de carga feita essencialmente por atrito lateral, n interface calda / solo, podendo contudo mobilizar alguma resistência d ponta. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.1 Micro-estacas: Utilizações • Aumento da capacidade de carga de fundações devido à alteração de uso de edifícios; • Reforço sísmico de estruturas; • Controlar e prevenir assentamentos; • Resistir a esforços de levantamento em argilas expansivas ou em situações em que pode ocorrer levantamento hidráulico; • Recalçamento de estruturas; • Suporte de escavações em zonas urbanas consolidadas. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.1 Micro-estacas: processos construtivos (EN 14199-2005)

armaduras tubulares

a) injecção de preenchimento sem pressão

b) injecção de prenchimento com revestimento

tubo de injeção

obturador

tubo manchete

c) injecção de prenchimento com pressão

tubo de injeção

tubo manchete obturador

d) injecção global unitária [IRU]


e) injecção repetida selectiva [IRS]

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f) injecção multi-tubo

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.1 Micro-estacas: processos construtivos (equipamento)


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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.1 Micro-estacas: processos construtivos (equipamento)


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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.2 Materiais a) Caldas de cimento A 14199 define caldaaditivos como um constituído água e cimen porENvezes contendo e ligante agregados finos por responsável pe transferência de cargas do corpo da micro-estaca para o solo funcionand também como proteção contra a corrosão. As caldas são um elemento fundamental nas micro-estacas e têm a seguintes funções: • Transferir as cargas entre as armaduras e o solo; • Nas secções compostas suportam parte da solicitação quand solicitadas à compressão; • Servem como proteção das armaduras; • Servem para a densificação do solo. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.2 Materiais a) Caldas de cimento: Características As principais características a que devem obedecer as caldas são a seguintes: • A relação água / cimento deve ser inferior a 0.55. Os valores usuais situam-s no intervalo 0.40-0.50 de modo a garantir uma elevada resistência e sere suficientemente fluidas; • A água a utilizar na amassadura deve ser potável para reduzir os riscos d corrosão das armaduras; • A resistência à compressão deve ser superior a 25 MPa (valores usuais situam se entre 28 e 35 MPa); • Os cimentos a utilizar devem ser do tipo CEM I ou CEM II; • Devem apresentar exsudação e variação de volume reduzidas. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.2 Materiais b) Armaduras A armadura a utilizar depende da carga a suportar e da rigidez axi necessária para limitar o deslocamento elástico da micro-estaca, podendo utilizar-se varões isolados (maciços ou ocos), grupo de varões (soluçõe multi-varões), tubos e perfis.

b) Tubos

a) Varões Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.2 Materiais b) Armaduras

a) Varões nervurados com rosca interrompida Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Varões nervurados com rosca continua João Veludo

c) Varões nervurados ocos 36/176


4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.2 Materiais b) Armaduras (varões) Designação GEWI Threadbar (aço normal)

No rma

fy (M P a )

ft (MPa)

500

5 50

555

7 00

φ (mm)

324, 0e50

NP EN 10080 (2005) 63. 5

ASTM A615 ( 2003) GE W PlIus

670

GEWI Threadbar (aço de pré-esforço)

prEN 10138-4 (2009) ASTM A722 ( 2008)

HollowB ar

E N 1 0 0 8 3 -1 (2 0 0 6 )

950 4 7 0 -5 9 0 *

8 00 105 0 (5 2 0 -7 5 0 )*

28-63.5 2 6 . 5 -4 7 2 5 -7 6

* Estes valores variam de acordo com os diâmetros adotados; fy - Tensão de cedência à tração do aço; ft - Tensão de rotura à tração do aço; φ - Diâmetro do varão Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.2 Materiais b) Armaduras (Tubos) Designação St52eE355

No rma EN10025-2(2007)

fy (MPa) 3 55

fu (MPa) 50 0

dt (mm) 6 0 -1 6 8

et (mm) 5 -1 2 . 5

K 55 - J 55

EN 10210-1 (2008) EN 10219-1 (2009)

3 87

52 7

6 0 . 3 -7 3

5.5

N 80

API 5CT (2006) API 5L (2004) ISO 11960 (2010)

5 51

70 3

6 0 . 3 -1 7 7 . 8

7 -1 9

fy - Tensão de cedência à tração do aço; ft

exterior do tubo; et - Espessura do tubo Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

- Tensão de rotura à tração do aço; dt - Diâmetro João Veludo

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.2 Materiais b) Armaduras (Tubos) D ext [mm] 60,3 73 88,9 88,9 88,9 101,6 114,3 114,3 127

eA [mm] 5,0 6,0 ; 6,5 ; 7,5 9,5 9,0 7,0 9,0 9,0

139,7 177,8 177,8 177,8

9,0 9,0 10,0 11,5

8,69 12,63 16,83 19,18 23,70 26,18 23,60 29,77 33,36

I [cm4] 33 71 144 160 189 283 341 416 584

i [cm] 1,96 2,38 2,92 2,89 2,83 3,29 3,80 3,74 4,18

w [cm3] 11,1 19,6 32,3 36,0 42,6 55,8 59,7 72,7 92,0

M Rd [kNm] 5,7 10,0 16,5 18,3 21,7 28,4 30,4 37,0 46,8

N Rd [kN] 442,2 642,9 856,6 976,4 1206,4 1332,9 1201,3 1515,7 1698,5

V Rd [kN] 162,5 236,3 314,9 358,9 443,4 489,9 441,5 557,1 624,3

36,95 47,73 52,72 60,08

793 1705 1862 2087

4,63 5,98 5,94 5,89

113,5 191,8 209,4 234,7

57,8 97,6 106,6 119,5

1881,3 2429,7 2683,7 3058,7

691,5 893,1 986,4 1124,2

[cm2]

(

)

1.1; N Rd =⋅ A f yd / 1.1; VRd = Av f yd / 1.1 3 com Av M Rd ⋅= w f yd /⋅=


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2A / π

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.2 Materiais c) Secções tipo As secções a utilizar dependem da capacidade pretendida podendo s constituídas por um varão, ou grupo de varões, por tubos metálicos ou soluçõ conjuntas de tubos reforçados com varões selados no seu interior. tubo calda

varão

a)

tubo

b)

calda

calda

calda

varões

c) tubo

tubo

varão

calda

varões

varão

calda d)


e)

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f)

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.3 Tipos de Micro-estacas a) Micro-estacas com varões


João Veludo

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3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 3.3 Tipos de Micro-estacas a) Micro-estacas tubulares


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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.3 Tipos de Micro-estacas c) Micro-estacas auto perfurantes


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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.3 Tipos de Micro-estacas d) Micro-estacas hélice Capacidade de carga 

Compressão Cu=2500 kN




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Tração Tu=2000 kN

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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.4 Soluções de reforço a) Recalçamento de edifícios históricos


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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.4 Soluções de reforço b) Suporte de escavações e obras no sub-solo


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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.4 Soluções de reforço c) Reforço de fundações superficiais furo executado na fundação existente

calda de cimento

conetores



micro-estacas de reforço

a) Reforço com ligação selada Lisboa, 18,19 Novembro de 2013


b) Reforço com alargamento João Veludo

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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.4 Soluções de reforço c) Reforço de fundações superficiais armadura de reforço

fundação existente furo

varões pré-esforçados

superfície rugosa estribos

conetores




c) Reforço com alargamento e aplicação de pré-esforço lateral Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

d) Reforço com alargamento e sobreposição João Veludo

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4. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4.4 Soluções de reforço d) Reforço de fundações profundas superfície rugosa estribos

fundação existente alargamento

superfície rugosa


alargamento armadura longitudinal de flexão

armadura longitudinal de flexão ligação química

estacas existentes

ligação mecânica

estacas existentes micro-estacas de reforço


a) Reforço com alargamento e sobreposição Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Reforço com alargamento e recalçamento João Veludo

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4. Reforço de fundações com micro-estacas 4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas Em recalçamentos os sistemas de transferência de carga podem ser divididos e dois grandes grupos: (i) os que resultam em assentamentos da estrutura após a conclusão d recalçamento, devido à compressão elástica das micro-estacas; (ii) os que não provocam assentamentos após a construção. Podem ser definidas quatro grandes categorias tendo em conta os seguinte fatores: solicitação a transferir (compressão, tração); utilização de estruturas d transferência independentes da estrutura; e eventual utilização de macaco hidráulicos ou de pré-carga. Categoria A B C D

Existência de vigas ou de estruturas Utilização de independentes de transferência de cargas macacos hidráulicos Não Não Sim Não Não Sim Sim Sim Categorias de estruturas de transferência de carga (Jouko Lehtonen)


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4. Reforço de fundações com micro-estacas 4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas: CASO 1 A Situação Inicial

CASO 1 Super-estrutura

1

C Situação Final

1 Compressão

Novas micro-estacas

6

Estacas existentes

7

Compressão

Compressão Compressão

8

6

Solo

8

CATEGORIA A: Neste caso as micro-estacas são instaladas diretamente atravé

da fundação existente e a transferência de carga é feita por aderência na interfaces aço / calda e calda / fundação. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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1 Compressão

1

Estrutura de transferência de carga

2 Compressão

2

Novas micro-estacas

6

Estacas existentes

7

6 8

C Situação Final

Compressão

Compressão Compressão

Solo

8

CATEGORIA B: Neste caso, a carga é transferida da estrutura para as nova

micro-estacas através de uma viga metálica independente sem utilização d macacos hidráulicos. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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CASO 10

1

Super-estrutura

1


2

B Pré-carga

Compressão

3

Macaco hidráulico

4

6


4

Novas m icro-estacas

6

Estacas existentes

7

Tração

Compressão

Compressão

Compressão

8

Compressão Tração

3 Compressão

2

Compressão

C Situação Final

Compressão

Compressão

Solo

8

CATEGORIA C: Neste caso são utilizados macacos hidráulicos para transferir as cargas estrutura para as micro-estacas, o que permite aplicar uma carga superior à carga de servi (pré-carga), evitando desta forma a deformação elástica destes elementos após a construçã e, consequentemente, os assentamentos Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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B Pré-carga

C Situação Final

1 Compressão

1

Macaco hidráulico

Compressão

3 Compressão

3


2

Novas micro-estacas

6

Compressão

Compressão

2

Compressão

6

Estacas existentes

Compressão

7 Compressão

8 Solo

8

CATEGORIA D: Neste caso é utilizado um macaco hidráulico para transferir a

cargas da estrutura para as micro-estacas, através de uma viga metálica. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Reforço de fundações com micro-estacas 4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas - Exemplos de a plicação

CASO 2 Fundação acessível dos dois lados Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

CASO 2 Fundação acessível só de um lado João Veludo

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4. Reforço de fundações com micro-estacas 4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas - Exemplos de a plicação P

C

P

C

C

a

C=

P 2

Fundação acessível dos dois lados Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

T=

T

b

P⋅a  a = ⋅ +P  1 ; C  b  b

Fundação acessível só de um lado João Veludo

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4. Reforço de fundações com micro-estacas 4.5 Recalçamentos: Casos de transferência de cargas - Exemplos de a plicação

b) CASO 3

b) CASO 10


João Veludo

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4. Reforço de fundações com micro-estacas 4.6 Metodologia para dimensionamento Avaliação da aplicabilidade do uso de

Etapa 1 micro-estacas

1) Compressão

Informação disponível sobre o projeto e

Etapa 2 condições geotécnicas da obra Etapa 3 Definição das combinações de ações aplicáveis

2) Tração 3) Flexão composta

Pré-dimensionamento da solução

4) Resistência lateral

A. Espaçamento das micro-estacas

Etapa 4

B. Comprimento das micro-estacas

1) Estruturas novas

C. Secção transversal

2) Estruturas existentes

D. Sistemas de injeção

D. Estados limite de serviço

Dimensionamento da solução A. Estado limite último de capacidade de carga do terreno

Etapa 5

Etapa 5

C. Ligação das micro-estacas à fundação existente

1) Assentamento axial 2) Movimentos laterais

E. Proteção contra corrosão F. Considerações sísmicas 3) Efeito de grupo para carregamentos axiais Etapa 6 Programa de ensaios e de monotorização B. Estados limite últimos de resistência Etapa 7 Pormenorização e especificações de construção estrutural 1) Comprimento de selagem 2) Resistência de ponta


João Veludo

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ÍNDICE

1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estru tura

5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.1 Introdução Um dos aspetos mais importantes quando se procede ao reforço e recalçamen de fundações com micro-estacas é a sua ligação à estrutura e a forma como s processa a transferência de carga da estrutura existente para os novos elemento da fundação. Existem diversos tipos de ligação de micro-estacas à estrutur dependendo a sua escolha dos seguintes fatores: • Tipo de estrutura; • Tipo de obra: fundações de estruturas novas ou recalçamento de estruturas existentes; • Tipo de solicitação; • Capacidade de carga pretendida para a ligação; • Tipo de armadura utilizada; • Estado da fundação a reforçar e pormenorização das armaduras. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.1 Introdução Tipos de ligação : a) Ligação direta das micro-estacas à estrutura através da selage destes elementos em furos previamente executados na fundaçã existente; b) Ligação das micro-estacas através da execução de novo elementos de betão armado ligados à fundação existente; c) Ligação das micro-estacas através de braçadeiras ligadas estrutura existente; d) Ligação das micro-estacas a estruturas de reação que transfere as cargas da estrutura para os novos elementos de fundação. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.2 Tipos de ligação a) Ligações seladas

calda

furo

micro-estaca

e t n e t is x e o ã ç a d n u f

Ligação direta das micro estacas à estrutura atravé da

selagem

elementos,

em

deste furo

previamente executados n fundação calda

de

existente, cimento

com nã

retrátil; Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.2 Tipos de ligações a) Ligações em zonas de alargamento alargamento da fundação te n te s i x e o ã ç a d n fu

conetores porca

chapa

Execução das micro-estaca nas zonas de alargament com betonagem de novo elementos de betão ligados fundação

existente

com

tubo calda varão


conetores metálicos ou com aplicação de pré-esforç lateral; João Veludo

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4. Ligação micro-estaca / estrutura 4.2 Tipos de ligações vigas de

braçadeira te n e t s i x e o ã ç a d n fu

e t n te s i x e o ã ç a d n fu

reação braçadeira

fundação existente micro-estacas

c) Ligação com braçadeiras Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

micro-estacas

d) Ligação com vigas de reação João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas - Mecanismo de tra nsferência de carga s No reforço de fundações as micro-estacas podem ser instaladas em zona de alargamento, dependendo a transferência de cargas do tipo d amarração. fundação existente

alargamento da fundação

conetores

conetores

fundação existente conetores

micro-estacas

micro-estacas


conetores



a) Ligação com amarração reta

alargamento da fundação

b) Ligação com placa de ancoragem João Veludo

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4. Ligação micro-estaca / estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com varões conetores

conetores e t n te

contra porca

porca varão

chapa

ix s e o ã ç a d n fu

chapa

lb

contra porca

1 b l

porca

lb

contra porca

e t n te s i x e o ã ç a d n fu

porca

2 lb

e t n te is x e o ã ç a d n u f

porca varão


contra porca

lb

chapa

porca

e t n te s i x e o ã ç a d n u f

chapa

b l

porca varão

varão

porca

varão

chapa

e t n te s i x e o ã ç a d n u f

chapa

varão

ligação soldada

lb

varão

João Veludo

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4. Ligação micro-estaca / estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com varões

conectores te n e t s i x e o ã ç a d n u f

conectores

contra porca

b L

porca com flange

e t n e t is x e o ã ç a d n u f

porca com flange

b L

contra porca varão

varão 2)


João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com varões Nas zonas comprimidas na vizinhança dos dispositivos de ancorage deve ser colocada uma armadura em espiral de modo a confin convenientemente o betão nesta zona.

Soluções comerciais da Dywidag-systems Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

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4. Ligação micro-estaca / estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com tubos

anéis soldados

b l

e tn e t is x e o ã ç a d n fu

e tn e t s i x e o ã ç a d n u f

soldadura chapa de reforço chapa b l

tubo

tubo

varão

Nas ligações diretas com armaduras tubulares é usual utiliz micro-estacas com superfície texturada, conseguida através da soldadu de anéis ou de cintas helicoidais. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligação micro-estaca / estrutura 5.3 Ligação a estruturas novas: Soluções com tubos


João Veludo

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5. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5.3 Ligação a estruturas novas - Considerações para dimensionamento Forçasatuantes

Dimensões determinadas Esmagamento do betão na zona Dimensões em planta do superior da chapa de prato de ancoragem Compressão ancoragem (a × b) Verificação do punçoamento Altura h c Forças Dimensões em planta do verticais Tensão no betão na zona prato de ancoragem superior do parto de ancoragem Tração (a × b) Comprimento de Verificação do punçoamento amarração (l ) b Força horizontal Verificação do punçoamento nos Distância h´ (micro-estaca perto dos limites da lados da fundação fundação) Força horizontal e momento Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Verificações

Esmagamento do betão no comprimento de amarração João Veludo

Comprimento de amarração (lb) 71/176


4. Ligação micro-estaca / estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas - Considerações para dimensi onamento: Verificações θ

a×b σcv

d

c h

superfície de rotura

t

dt

superfície de rotura d

θ

Pd

a) E.L.U. de Punçoamento para forças de compressão Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

a×b

b l

dt

Pd

b) E.L.U de Punçoamento para forças de tração João Veludo

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4. Ligação micro-estaca / estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas - Considerações para dimensi onamento: Verificações Esmagamento do betão: definir Ap

p

b1 ≤ 3b

Pd ≤ F Rdu =f cdA⋅ p⋅A A

A1

Punçoamento: definir hc

Ap

hc

≤ ⋅ ⋅/f ⋅A cd 3 pν

p 1

VEd ≤ 0,12 k⋅ ⋅

⋅(100 ⋅ f ρdul⋅⋅



bp hc ≥ b1- bp

1/3  ) ck 

hc = d + nom c

Espessura do prato tp tp

c

σc =

r Pd


Pd Ap

M Ed =

σc ⋅ r2 2

M Ed ≤ M c , Rd = f y ⋅ wp / γ

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas - Considerações para dimensi onamento: Verificações


H

dt

σch

b l

c) Verificação do esmagamento do betão devido à ação horizontal Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

h´

dt

H

b l

d) Verificação ao E.L. Último de Punçoamento devido à ação horizontal João Veludo

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4. Soluções de Reforço 4.3 Ligação a estruturas novas: Dimensionamento - Verificação da tensão tangencial nas junta s de betonagem

• dimensionamento de conectores Eurocódigo 2 (2010) - cláusula 6.2.5 Coesão

A t r it o

σs

τ w

Dowel

τ σ

action

vRdf,ci = ⋅

+ctd ⋅ +µf ⋅σ n⋅sen ⋅ρ


σ

σs

+ (cos µ ≤ α⋅ 0.5 ⋅f

yd

João Veludo

α)

ν 75/176


4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas - Exemplo de Dimensionamento ( Ischebeck TITAN)


João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas: Dimensionamento Ischebeck TITAN

• TITAN 40/16 • Betão C30/37 • Adist=10 cm2/m • Força de tração de 400 kN • prato de ancoragem 200×200×30 mm3

lb=40 cm Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas - Questões na utilização de chapas de ancoragem Desvantagens: 

Aumento do custo;



Dificuldades de assegurar uma betonagem eficiente abaixo da chapa;



Dificuldades de assegurar aderência perfeita entre a chapa e calda d micro-estaca;



Superfícies lisas na interface mais propicias à propagação d P

fendilhação; 

Utilização de modelos de escoras e tirantes?


João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.3 Ligação a estruturas novas: Dimensionamento - Chapas de ancoragem (Nadir Ansari, IWM 2005)

a) Esquema de ensaio

c) Padrão de fendilhação

b) Modos de rotura Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

d) Trajetória das escoras

e) Tensões no betão (σmáx≈136 MPa) João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Tipos de ligação fundação existente

superfície lisa

tubo


superfície indentada

anéis metálicos

cintas helicoidais

varão nervurado

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Processo de execução

te n te s i x e o ã ç a d n fu

Fase I: Execução e tratamento do furo


Fase II: Execução da micro-estaca

João Veludo

calda

furo armadura

Fase III: Limpeza do furo e selagem

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Textura da superfície do furo Após a carotagem a aderência na interface calda / betão pode ser melhorada: 

Execução de dentes na superfície do furo;



tratamentos com jato de areia ou de água para aumentar a

a) Superfície lisa - carotagem Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

rugosidade da superfície. João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Textura da superfície do furo superfície indentada

dentes

bd 20 hd 2 3

(unidades em mm)

b)Superfícieindentada Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

micro-estaca

Geometriadosdentes João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Textura da superfície do furo A execução do furo com percussão garante uma superfície mais rugosa e a consequente aumento da aderência nesta interface mas apresenta uma grande desvantagem por causa da vibração induzida na estrutura e c) Superfície rugosa - percussão Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

nas próprias fundações. João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Textura da superfície do furo

a) Carotagem com coroa diamantada Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Carotagem por percussão João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Textura da superfície do tubo A utilização de tubos texturados aumenta a aderência na interface aço / calda.

a)Anéissoldados Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b)Cordõesdesolda João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Textura da superfície do tubo

c) Cintas helicoidais Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Caldas de selagem 30 min após a amassadura (1) ou no fim do período Método de Ensaio Imediatamente após a amassadura especificado pelo produtor 1.2 t0 ≤ t30 ≤ 0.8 t0 e Tempo (s) t0 ≤ 25 s Fluidez t30 ≤ 25 s a= espalhamento 1.2 a0 ≤ a30 ≤ 0.8 a0 e (NP EN 445, 2008) a0 ≥ 1 40 mm médio (mm) t30 ≥ 140 s (1) A duração da amassadura deve ser medida a partir do momento em que todos os materiais se encontram na misturadora Método da mecha Exsudação ≤ 0.3 % do volume inicial da calda ao fim de 3 h Método do tubo (NP EN 445, 2008) Variação de volume Método da mecha (NP EN 445, 2008) Resistência à (NP EN 196-1, 2006) compressão Fim do tempo de (NP EN 196-3, 2006) presa Massa volúmica

( NP EN 445, 2008)


-1 % ≤ ∆V ≤ + 5 % fc,g ≥ 30 MPa aos 28 dias ou f c,g ≥ 27 MPa aos 7 dias Início do tempo Fim do tempo de presa ≥ 3 h de presa ≤ 24 h Relação entre a massa e o volume medidos no estado liquido João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Caldas de selagem Referência (Hyett et al., 1992) (Hyett et al., 1995) (Benmokrane et al., 1995)

a/c 0.32 0.41 0.51 0.30 0.40 0.50 0.45 0.60

f f E c,g t,g g (MPa) (MPa) (GPa) 68 79 58 45 52.6 34.6 49.567.8

4.7 -

3.8 3.4

0.19 0.19 0.19 0.20 0.20 0.20 0.14 -

17.4

0.11

0.45

(Zhang et al., 2000)

0.40

62.6

3.3

0.34 0.40 0.40 0.50

42 (1) 32 (1) 50.6 40.3

9.3 7.3

(Moosavi e Bawden, 2003)


νg

16.5 18.6 12.1 9.3 15.3 8.8

(Barley, 1997)

(Kılıc et al., 2002)

Coesão,

Ângulo de

τg

c (MPa) atrito (º) (MPa) pico res. pico res. pico r 27.0 41 18.91 3 - 22.6 40.8 15.55 2 - 20.2 26.9 11.52 6 27 18.9 22 15.5 20 11.5 12.919.9 -

-

-

-

11 10

João Veludo

15.3 5.6 22.32 8.3 11.2 2.0 22.83 2.4

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5. Ligação micro-estaca / estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Mecanismo de transferência de carga A transferência de carga da estrutu para a fundação é realizada p aderência nas interfaces aço / cald e calda / betão e por resistência n cabeça

da

resistência

micro-estaca. na

cabeça

d

micro-estaca pode ser correntement desprezada

devido

ao

pequen

diâmetro destes elementos. a) Tubos lisos Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligação micro-estaca / estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Mecanismo de transferência de carga Para ligações com tubos texturado com anéis metálicos soldados, ligação é controlada pela resistênc ao esmagamento das escoras que s formam na calda devido à interaçã mecânica dos anéis, pela aderênc na interface calda / betão e pe resistência ao corte do betão d fundação existente. b) Tubos texturados Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Comportamento geral da ligação

1 in = 25,4 mm; 100 psi = 0,69 MPa

a) Ligação com tubos liso

1 in = 25,4 mm; 100 psi = 0,69 MPa

b) Ligação com tubo Texturado

[Trabalho realizado por Gómez et al (2005)] Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Ensaios realizados Autores (Ano) Al Sehn (Hayward Baker) (1998)

Timothy Myers (Layne(2004) Geo Const.)

Modelos Blocos de betão Blocos de betão Blocos de betão Blocos de betão armado

Tom Richards Fundação (NicholsenConst.) existente (2004) Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Ensaios Tip nº o

Micro-estaca (armadura) dm Tipo (mm) Varão 35 nervurado

Df lb (mm) (mm)

Tensão de aderência fb (MPa)

Indentada (3)

203

635

3.29-3.5

Furo Superfície

C

--

C

2

Tuboliso

139.7

Indentada

(3)

165

635

C

2

Tuboliso

139.7

Indentada

(3)

203

635

T

1

254

610

2.37 (5) 2.97 (6)

254

1220

3.21 (5) 4.01 (6)

Indentada (3)

203

559

4.29 (5)

Lisa

203

508

4.14 (5)

2.41-5.51

T T

1 1 1

Tubo texturado +(varão) Tubo texturado + (varão) Varão oco(2)

117.8 (--) (4)

Rugosa

117.8 (--) 103

João Veludo

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4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 4.4 Ligação a estruturas existentes a) Ligações seladas: Tensão de aderência Referência

Tensão (MPa) de aderência

(Mazo, 2003)

3.0– 6.0( ∼ 0.2 fc) (1) 0.7 a 1.4

(Cadden et al., 2004)

(Alcudia, 2005)

Observações Valores na interface calda / betão

Para superfícies do furo lisas Quando se utiliza furos de superfícies indentadas ou micro-estacas texturadas com

> 2.1

anéis soldados [(0.9/1.6)*(f ck/1.5)0.5] (2)

1.7a3.3

- Valor nominal da tensão de rotura do betão à compressão;(2) fck - Valor característi da tensão de rotura do betão à compressão (1)

fc


João Veludo

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5. Ligação micro-estaca / estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes b) Ligações com braçadeiras Neste sistema de recalçamento, as micro-estacas são instaladas junto estrutura existente e ligadas a esta por braçadeiras.

Braçadeira plana Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Braçadeira em L João Veludo

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5. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes b) Ligações com braçadeiras: Tipos de braçadeiras correntes


João Veludo

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5. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes b) Ligações com braçadeiras: Braçadeiras correntes


João Veludo

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5. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes b) Ligações com braçadeiras: - Considerações para dimensionamento 

Colocação da micro-estaca o mais próximo possível da fundação existente de modo a minimizar a excentricidade;



A capacidade da ligação depende da: 

resistência do betão da fundação existente



da resistência da braçadeira



resistência da estaca.


João Veludo

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5. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes b) Ligações com braçadeiras: Transferência de cargas A B– C– P1 – L2 –

C Mhaanpgaa voeurtbicr açl adeiras Chapa de apoio Carga axial aplicada Carga horizontal aplicada P2 – Carga transmitida à micro-estaca L1 – Ação horizontal sobre a ligação

a) Braçadeira plana Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Braçadeira em L

M1 – Momento ligação resistente da M2 – Momento resistente da estaca devido á reação lateral do solo

João Veludo

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5. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5.4 Ligação a estruturas existentes b) Ligações com braçadeiras: Transferência de cargas Equações de Equilíbrio - Vertical e horiz ontal

∑F ∑F

V

= 0 → P1 = P2

H

= 0 → L1 = L2

- Momentos  M 0 = P1 ⋅ e

M ≤M → E

0



R

= M1 +

Compatibilidade

θ1 = θ 2 Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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2ª SESSÃO Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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ÍNDICE

1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada)

6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.1 Introdução São vários os parâmetros que influenciam a capacidade da ligação de micro-estacas de reforço seladas em fundações existentes: • Materiais da fundação existente: resistência do betão, percentagem de armadura e pormenorização; • Materiais utilizados: calda e armadura da micro-estaca; • Diâmetro do furo (D f); • Comprimento de selagem (L b); • Rugosidade da superfície do furo; • Textura da superfície da armadura da micro-estaca; • Confinamento lateral ativo e passivo. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.1 Introdução OBJECTIVOS 1. Avaliar a influência dos seguintes parâmetros na capacidade d ligação, de ligações seladas utilizando micro-estacas de tubos lisos tubos texturados: • Diâmetro do furo executado na fundação (diâmetro da calda); • Comprimento de selagem da micro-estaca; • Rugosidade da superfície do furo; • Textura da micro-estaca (lisa e texturada); • Confinamento ativo e passivo. 2. Propor expressões e recomendações para dimensionamento nes tipo de ligações. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental O programa experimental foi desenvolvido em três fases, tendo sid realizados um total de noventa e nove (99) ensaios. • Fase I - realização de trinta e oito (38) ensaios à compressão em micr estacas seladas em tubos de PVC e em tubos de aço. • Fase II - realização de trinta e três (33) ensaios à compressão e micro-estacas seladas em furos previamente executados em blocos d betão armado com dimensões 450×450×500 mm3. • Fase III consistiu na realização de vinte e oito (28) ensaios à tração e micro-estacas seladas em furos previamente executados em blocos d betão com dimensões 450×450×500 mm3. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental b) Modelos utilizados: FASE I chapa

chapa

(150×150×20) 0 5

microestaca

colar . 81 mm metálico D c . 101 mm . 119 mm

60 dt

tubo (PVC)

(150×150×20)

b l

e t,m (6.0)

lb

. 200 mm . 275 mm . 350 mm

e t,c

calda

dt,c

Dc

. 4.5 mm e t,c . 4.5 mm . 10.5 mm

0 5

microestaca

a) Confinamento com tubos de PVC Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

. 80 mm D c . 100 mm . 120 mm

e t,m (6.0)

lb

60 dt

tubo (aço)

lb

. 200 mm . 275 mm . 350 mm

e t,c

calda

(unidades em mm)

Colar

dt,c

Dc

. 5.0 mm . 5.0 mm e t,c . 5.0 mm

(unidades em mm)

b) Confinamento com tubos de Aço João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental b) Modelos utilizados: FASE II chapa (150×150×20) 0 5 1

furo calda varão (φ 16) tubo armadura # φ 8//75

chapas (100×100×10)

D t=60; et =6.0 0 5 0 5 1

Df

Pe

Pe

Pe

Pe

0 0 1 0 0 1

0 0 5

varão Dywidag φ =16

poliestireno exturdido

Planta 0 0 1

5 2 2

0 5 2 5 2 2

0 0 1

225

225 450

450×450

• • • • •

450×450

(unidades em mm)

Três diâmetros do furo: Df,1=82/92 mm; Df,2=102 mm; Df,3=122 mm; Três comprimentos de selagem: lb1=200 mm; lb2=275 mm; lb3=350 mm; Três rugosidades da superfície do furo: lisa; rugosa; indentada; Dois tipos de micro-estacas: tubos lisos; tubos texturados; Três níveis de confinamento ativo (N1:Pe,total=240 kN; N2:Pe,total=360 kN; N3:Pe,total=480 kN


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental b) Modelos utilizados: Fase III 2 chapas chapa (150×150×20) (150×150×20) chapa de reforço D t=60; et =5.5 (e=8mm)

5 2 1

0 5

furo calda

0 0 3

varão (φ 16) tubo

0 5 1

Pe

Pe

Pe

Pe

0 0 5

Df

varões de reforço (φ 16)

450×450

• • • • •

chapas (100×100×10) 0 0 1 0 5 1

Planta 0 0 1

varões Dywidag 16 mm

varão Dywidag

22

0 5 2

0 0 1

132.5

185

225 450×450

(unidades em mm)

132.5

5 2 2

5 2 2

225 450

Três diâmetros do furo: Df,1=82/92 mm; Df,2=102 mm; Df,3=122 mm; Três comprimentos de selagem: lb1=200 mm; lb2=275 mm; lb3=350 mm; Três rugosidades da superfície do furo: lisa; rugosa; indentada; Dois tipos de micro-estacas: tubos lisos; tubos texturados; Três níveis de confinamento ativo (N1:Pe,total=240 kN; N2:Pe,total=360 kN; N3:Pe,total=480 kN


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental c) Materiais: Calda de selagem

3

1

4

6 1. 2. 3. 4. 5. 6.

2

Ensaios

Relação a/c 0. 40

3

Massa Teor Volúmica em ar (kg/l) (%) 1. 92 2.0


5

Fluidez (s) 11

7 ∆V

Fluidez Variação de vol. Exsudação Massa volúmica Teor em ar Res. à flexão

7. à compressão 8. Res. Módulo de elasticidad

(%)

Exsudação (%)

fcg,28d (MPa)

Eg,28d (GPa)

0. 0

0.53 / 0.45

61.1

1 4. 0

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental c) Materiais - Armaduras Tubos

API N80

• API N80: ˗ dt=60 mm ˗ et=6.0 mm ˗ fy/fu=760/860 MPa • API J55-K55: ˗ dt=60 mm ˗ et=5.5 mm ˗ fy/fu=655/735 MPa

Ensaios de tração dos tubos: curva σ- ε

Varões

API J55-K55

• Dywidag: ˗ φ=16 mm ˗ 500/550


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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental c) Materiais - Armaduras

Micro-estacas de tubos lisos Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Micro-estacas de tubos texturados João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental d) Esquema de ensaios FASE I

FASE II

célula de carga (50 tf) LVDT (25 mm)

LVDT (25 mm)

célula de carga (100 tf) LVDT (25 mm)

célula de carga (10 tf)


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LVDT (25 mm)

poliestireno extrudido

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental d) Esquema de ensaios

FASE III Pormenor1

Pormenor2

75 75 0 8 1

LVDT 25

0 8 1

20

80

5 2 1

0 0 3

célula 6 célula 7

240 1240 célula 1 célula 2 LVDT 5

UPE 180 célula 8 célula 9

0 4 2

2

LVDT 1

IPE 300

laje de piso

0 0 0 1

1 célula 3

0 7 2 1

célula 5 1 2

LVDT 2 0 4 2

150

150 LVDT 6 PLANTA

1000 PERFIL


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célula 4

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental e) Preparação dos provetes: FASE I a) Marcação da cofragem b) Colagem das micro-estacas e dos tubos de confinamento

c) Selagem das micro-estacas

d) Provetes prontos


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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental e) Preparação dos provetes e blocos de ensaio: FASE II e III

a) Montagem das cofragens

d) Carotagem Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Colocação da armadura dos blocos (Fase II)

e) Tratamento dos furos (denteação) João Veludo

c) Betonagem dos Blocos e provetes

f) Furo com superfície indentada 115/176


5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental e) Preparação dos provetes e blocos de ensaio: FASE II e III

g) Colocação das micro-estacas nos furos

h) Selagem das micro-estacas

i) Modelos concluídos (Fase II)

j) Modelos concluídos (Fase III) Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

k) Abertura de furos e colocação dos varões de confinamento João Veludo

l) Blocos confinados com pré-esforço lateral (ativo) 116/176


5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental f) Procedimento dos ensaios: FASE I


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental f) Procedimento dos ensaios: FASE II


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental f) Procedimento dos ensaios: FASE III


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.2 Programa experimental g) Instrumentação

superfície do bloco

20

hs

0 5 5 7 1

0 5 3

0 3 3

0 0 3

102 ext. horizontal ext. vertical (em mm)


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Resumo dos resultados: FASE I Ensaio PCC-PVC-1,2 PCC-PVC-3,4 PCC-PVC-5,6 PCC-PVC-7,8 PCC-PVC-9,10 PCC-PVC-11,12 PCC-PVC-13,14 PCC-PVC-15,16 PCC-PVC-17,18 PCC-Aço-1,2 PCC-Aço-3,4 PCC-Aço-5,6 PCC-Aço-7,8 PCC-Aço-9,10 PCC-Aço-11,12 PCC-Aço-13,14 PCC-Aço-15,16 PCC-Aço-17,18

Dc

lb

Pmáx

Pr

fbu

(mm) 200 (kN) 13.3 (MPa) 81 (mm) 25.2 (kN) 0.67 275 29.8 19.9 0.57 81 350 45.8 26.2 0.69 81 101 200 40.3 20.3 1.07 101 275 46.5 18.8 0.90 101 350 70.5 33.8 1.07 119 200 45.4 25.2 1.20 119 275 69.6 39.5 1.34 119 350 91.8 43.9 1.39 200 199.1 97.1 5.28 80 275 317.5 167.0 6.12 80 350 396.3 244.3 6.01 80 100 200 160.7 71.9 4.26 100 275 244.9 133.6 4.72 100 350 345.4 169.6 5.23 120 200 99.6 59.2 2.64 120 275 151.4 85.8 2.92 120 350 245.5 115.4 3.72


δPmáx

K0

KPmáx

δy

µ

(mm) 0.545 0.265 0.845 0.312 0.361 0.495 0.330 0.454 0.583 1.045 1.197 1.749 0.936 1.068 1.379 1.171 1.165 1.301

(kN/mm) 95.1 119.3 96.0 129.1 128.5 142.2 150.1 153.2 174.1 290.9 324.4 320.3 281.1 340.1 358.3 137.7 206.6 259.9

(kN/mm) 46.1 114.0 57.0 129.1 128.5 142.2 110.4 94.6 162.1 191.8 266.3 228.0 172.8 229.8 250.8 87.4 133.1 189.4

(mm) 0.264 0.251 0.476 0.312 0.361 0.495 0.308 0.453 0.527 0.681 0.910 1.238 0.573 0.721 0.964 0.728 0.730 0.943

2.0 1.0 1.7 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.1 1.5 1.3 1.4 1.6 1.4 1.4 1.6 1.6 1.3

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão b) Resumo dos resultados: FASE II Ensaio BC-TL-1*,2 BC-TL-3*,4 BC-TL-5,6 BC-TL-7,8 BC-TL-9,10 BC-TL-11,12 BC-TL-13,14 BC-TT-1,2 BC-TT-3,4 BC-TT-5,6 BC-TT-7,8 BC-TT-9,10 BC-TT-11**,12** BC-TT-13***,14 BC-TT-15,16 BC-TT-17,18

Superfície

Df

lb

Pmáx

Pr

fbu

δPmáx

K0

KPmáx

δy

µδ

NC

do furo (mm) (mm) (kN) (kN) (MPa) (mm) (kN/mm) (kN/mm) 0.479 (mm) 1.41 (kN) Rugosa 102 200 281.3 160.5 7.46 0.678 586.8 415.0 Rugosa 102 275 402.2 276.8 7.76 1.668 664.2 241.1 0.606 2.76 Rugosa 102 350 485.5 220.4 7.36 1.027 659.3 474.6 0.737 1.39 Rugosa 82 350 549.8 278.1 8.33 1.290 891.9 448.3 0.640 2.00 Rugosa 122 350 410.9 182.1 6.23 1.171 746.7 351.5 0.553 2.15 Lisa 102 350 475.9 224.9 7.21 1.140 656.9 431.2 0.726 1.56 Indentada 102 350 502.2 214.6 7.61 0.971 717.5 489.0 0.699 1.39 Rugosa 1.090 12.43 2 102 200 301.8 266.8 4.71 13.550 275.0 22.4 Rugosa 0.661 12.69 2 102 275 486.3 421.7 5.52 8.382 774.9 67.5 Rugosa 102 350 802.6 334.8 7.16 1.325 1482.2 613.1 0.550 2.41 2 Rugosa Rugosa Indentada Indentada Indentada Indentada

92 122 102 102 102 102


350 350 350 350 350 350

864.6 638.4 842.1 980.5 1040.4 1097.6

431.5 495.5 175.5 565.9 585.0 697.6

8.55 4.76 10.79 12.56 13.33 14.06

2.540 4.611 1.152 1.578 4.535 5.661

João Veludo

1548.5 1129.7 1074.7 1529.4 1544.2 1611.5

498.6 458.2 780.6 373.9 232.4 221.1

0.559 0.571 0.784 0.623 0.674 0.683

4.54 8.07 1.47 2.53 6.73 8.29

22 2 3 4

122/176


5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Modos de rotura: Tubos lisos

Rotura por aderência na interface aço / calda Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Modos de rotura: Tubos texturados

1. Rotura da aderência

2. Rotura monolítica

3. Rotura m ista

(Parede do furo rugosa e blocos confinados)

(Furo denteado e blocos não confinados)

(Furo denteado e blocos confinados)


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Modos de rotura: Tubos texturados

Blocos confinados com o Nível 1: Pe,total=240 kN

Blocos confinados com o Nível 2: Pe,total=360 kN

Blocos confinados co o Nível 3: Pe,total=480 k

Para o Nível 3 de confinamento, observa-se que a superfície de corte é próxi da vertical, indiciando uma mudança do modo de rotura por fendilhação pa uma rotura por arrancamento para níveis superiores de confinamento. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

125/176


5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Curvas carga / deslocamento: FASE I

FASE I: Tubo de PVC Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

FASE I: Tubo de aço João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Curvas carga / deslocamento: FASE II

Tubos lisos Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Tubos texturados João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Comportamento geral da liga ção: Tubos lisos

a) Comparação da resposta para vários níveis de confinamento Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Mecanismos de aderência João Veludo

128/176


5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Parâmetros avaliados: Tubos lisos

a) Confinamento / tensão de rotura da aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Diâmetro da calda / tensão de rotura da aderência João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Parâmetros avaliados: Tubos lisos

c) Comprimento de selagem / tensão de rotura da aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

d) Rugosidade da superfície do furo / tensão de rotura da aderência João Veludo

130/176


5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Comportamento geral da liga ção: Tubos Texturados

a) Superfície do furo rugosa Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Superfície do furo denteada João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Comportamento geral da liga ção: Tubos Texturados Pe Pe

Pe

Pe

trações

Pe fendilhação radial no betão


João Veludo

compressão radial

Pe

Pe

Pe

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Comportamento geral da liga ção: Tubos Texturados

c) Força nos varões d e confinamento Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

d) Mecanismos de aderência João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.3 Resultados dos ensaios de compressão - Parâmetros avaliados: Tubos texturados

a) Diâmetro do furo / tensão de rotura da aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Comprimento de selagem / tensão de rotura da aderência João Veludo

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c) Confinamento lateral ativo / tensão de rotura da aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

d) Rugosidade da superfície do furo / tensão de rotura da aderência João Veludo

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d) Rugosidade da superfície do furo / tensão de rotura da aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

e) Textura d a micro-estaca

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Modos de rotura

a) Rotura por punçoamento nos blocos não confinados verticalmente Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Rotura mista nos blocos não confinados verticalmente João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Modos de rotura 65

Pe

potenciais superfícies de rotura

60

Pe

0 2 1

Pe

0 5

0 2 1

0 5 1

102

0 0 3

Pe

Pe

Pe

Pe

Pe

P 0 0 3

P

4 102

3

102

2 1

a) Rotura por punçoamento

b)Roturamista (superfícieindentada)

c)Roturamista (superfícierugosa)

Verificou-se que os modos de rotura observados foram condicionados pe esquema de ensaio adotado Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Modos de rotura pré-esforço longitudinal

σt,g τg

Pg τg

σ t,g

escora

pré-esforço transversal Pe

Pa

Pe

Pa Pg

escoras ea

P a - componente de atrito; Pg - resistência da escora à ação dos anéis P e - força de confinamento; ea - espessura anelar σ t,g - tensão de tração da calda; τ g - tensão de corte da calda Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Resumo dos resultados Ensaio BT-TL-1,2

Superfície Df lb* Pmáx Pr NC δPmáx δy fbu K0 KPmáx do furo (mm) (mm) (kN) (kN) (MPa) (mm) (kN/mm) (kN/mm) (mm) µδ (kN) Lisa 0.282 1.46 102 145 52.2 36.2 1.91 0.410 185.4 130.0

BT-TL-3,4

Lisa

102

215

68.5 45.9 1.69

0.477

147.9

144.8

0.463 1.03

BT-TL-5,6

Lisa

102

280

85.9 66.5 1.60

0.739

157.8

121.5

0.544 1.36

BT-TL-7,8

Lisa

92

285

90.5 57.9 1.66

0.470

223.6

194.5

0.405 1.16

BT-TL-9,10

Lisa

122

280

76.2 55.4 1.44

0.504

158.0

152.4

0.482 1.04

BT-TT-1,2 (1)

Indentada

102

145 131.5*

--

2.83

1.003

135.1

131.2

0.973 1.03 1

BT-TT-3 (2),4

Indentada

102

220 441.1

--

6.26

4.590

315.8

96.1

1.397 3.29 3

BT-TT-5 (3),6

Indentada

102

290 618.6

--

6.66

3.613

349.8

171.2

1.769 1.56 3

BT-TT-7,8 BT-TT-9,10

Indentada Indentada

102 102

290 516.9 290 687.4

---

5.56 7.40

2.560 3.812

315.5 354.7

201.8 189.6

1.638 1.56 2 1.938 1.97 4

BT-TT-11 (3),12

Rugosa

92

295 580.3

--

6.81

3.350

402.9

189.0

1.440 2.33 3

BT-TT-13,14

Rugosa

102

290 580.1

--

6.24

2.515

353.6

228.2

1.641 1.55 3

BT-TT-15,16

Rugosa

122

285 546.1

--

5.00

2.666

309.2

216.3

1.766 1.49 3


João Veludo

140/176


5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Curvas carga / deslocamento

Tubos texturados

Tubos lisos Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

141/176


5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Comportamento geral da liga ção: Tubos Texturados

a) Superfície do furo lisa e denteada Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Curvas tempo / deslocamento João Veludo

142/176


5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Comportamento geral da liga ção: Tubos Texturados

a) Superfície do furo indentada

b) Superfície do furo indentada

Força nos varões de confinamento Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

143/176


5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Parâmetros avaliados: Tubos Texturados

a) Diâmetro do furo / tensão de aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Rugosidade da superfície do furo / tensão de aderência João Veludo

144/176


5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.4 Resultados dos ensaios de tração - Parâmetros avaliados: Tubos Texturados

c) Confinamento lateral ativo / tensão de aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

d) Textura d a micro-estaca João Veludo

145/176


5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.5 Comparação ensaios compressão / tração - Tubos Texturados

a) Diâmetro do furo / tensão de aderência Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

b) Confinamento lateral ativo / tens de aderência João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.5 Síntese de conclusões: Tubos Lisos 1. O comportamento de ligações seladas com micro-estacas de tubos lisos depend fundamentalmente do diâmetro do furo; do nível de confinamento; da rugosidade do tubo; da resistência da calda e da resistência do betão; 2. A capacidade da ligação é controlada pela aderência na interface aço / cald inicialmente apenas dada pela contribuição da adesão e, posteriormente pelo atrit nesta interface, sendo este último proporcional ao confinamento; 3. A tensão de rotura da aderência aumenta linearmente com a diminuição do diâmet do furo e com o aumento do comprimento de selagem; 4. São adequados comprimentos de selagem inferiores a 15 vezes o diâmetro do tub (lb / dt =15), valores que representam metade dos conduzidos pelos regulamento atuais; 5. A capacidade da ligação e a tensão de rotura da aderência na interface aço / cald aumentam linearmente com o aumento da rigidez radial do confinamento. Es aumento é proporcional à classe de resistência do betão e da calda. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.5 Síntese de conclusões: tubos texturados 1. O comportamento das ligações seladas com micro-estacas texturadas influenciado pelo diâmetro do furo; pelo número de anéis utilizado; pela rugosidad

2.

3. 4. 5. 6.

da superfície do furo; pelo nível confinamento; pela resistência do betão; e pe resistência da calda; A capacidade da ligação é largamente superior à obtida com micro-estacas de tubo lisos. Neste caso os mecanismos de aderência preponderantes são o atrito e interação mecânica dos anéis; A rugosidade da superfície do furo condiciona os modos de rotura e a capacidad da ligação A tensão de rotura da aderência aumenta linearmente com a diminuição do diâmet do furo e com o aumento do comprimento de selagem; São adequados comprimentos de selagem inferiores a 10 vezes o diâmetro do tub (lb / dt =10); O aumento do nível de confinamento garante um aumento da carga máxima, u aumento da ductilidade pós-rotura e uma diminuição da fendilhação dos blocos.


João Veludo

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ÍNDICE

1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso)

7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 5.1 Introdução OBJECTIVOS Avaliar a influência dos seguintes parâmetros na capacidade de ligaçõe seladas : • Rugosidade da superfície do furo; • Confinamento passivo. O programa experimental foi desenvolvido em duas fases: • Fase I - Estudo da calda de selagem com a realização de composições com diferentes relações A/C (0.40;0.39;0.38;0.37;0.36). • Fase II - Realização de vinte e seis (26) ensaios à compressão e provetes cilíndricos com altura e diâmetro de 300 mm. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

150/176


6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 6.2 Programa experimental a) Provetes: não confinados Chapa de aço

Varão Ø25

Tubo PVC Ø315

Furo 0 0 3

0 0 3

0 0 3

Calda

Betão

114 6

75 303 315

114

114 6

Superfície do furo lisa

6

75 303 315

114

114 6

Superfície do rugosa

6

75 303 315

114 6

Superfície do furo indentada

Foram fabricados 3 provetes de cada tipo: Interface lisa (L); Interface rugosa (R Interface denteada em hélice (1,25 cm de altura e 1 cm de profundidade) (H Interface denteada com anéis (1,25 cm de altura e 1 cm de profundidade) (A).. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 6.2 Programa experimental - Provetes: com con finamento passivo Chapa de aço Tubo PVC Ø315 0 Varão 03 Ø6 Betão

Varão Ø16 Estribos Ø6//0.15 Varão Ø6 Calda 114

6

0 0 3

0 0 3

114 303 315

114 6

Nível 1

6

0 0 3

114 303 315

Nível 2

114 6

6

Nível 3

114 303 315

114 6

6

114 303 315

6

Nível 4

Foram fabricados 3 provetes de cada tipo: Nível 1 - 3 estribos (C3 Nível 2 – 4 estribos (C4); Nível 3 – 5 estribos (C5); Nível 4 – 6 estribos (C6).

Em todos os provetes confinados a superfície do furo é indentada. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 6.2 Programa experimental b) Materiais Calda de selagem:  Relação a/c=0.36; Fluidez=15s; 

Teor em ar= 1.1 %



fc,g=64,6 MPa (aos 14 dias);



Eg=16,9 GPa

Betão (betão pronto):  Classe C20/25; 

Classe de consistência S3

Armaduras:




Aço A400NR;



diâmetros de 6 mm; 25 mm

João Veludo

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6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 6.2 Programa experimental c) Preparação dos provetes

Tubo com areia colada Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

Tubo com anéis de poliestireno extrudido João Veludo

Tubo com corda de nylon em hélice 154/176


6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 6.2 Programa experimental c) Preparação dos provetes


João Veludo

155/176


6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 6.2 Programa experimental d) Esquema de ensaio e procedimentos


João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.4 Resultados dos ensaios - Comportamento geral da ligação 450

450

L-1

L-2

L-3

R-1

R-2

R-3

H-1

H-2

H-3

A-1

300

A-2

A-3

a g 200 r a C

) N 250 k ( a g r 200 a C

C3-1

C3-

150

150

C3-3

C4-

C4-2

C4-

C5-1

C5-

C6-1

C6-

400 350 300 ) N 250 (k

400 350

100

100

50

50

C6-3

0

0 0

5 10 Deslocamento (mm)

a) Provetes não confinados Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

15

0

5 10 Deslocamento (mm)

b) Provetes confinados João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.4 Resultados dos ensaios 350

5.0

300

)a 4.5 P M (

4.18

4.14

4.0 u

fb , ia c n ê r e d a a d a r u t o r e d o ã s n e T

250 ) N200 k ( a g r a 150 C

100 50

A-2 (sem confinamento transversal) C3-2 (Confinamento transversal mínimo)

0 0

5

10

3.5


2.85

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Lisa

15

Deslocamento (mm)

Comportamento geral da ligação

3.10

3.0

Rugosa Indentada 1 Indentad Tratamento da Superfície do Furo

Tratamento da superfície do furo (provetes não confinados) João Veludo

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5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 5.4 Resultados dos ensaios - Compressão transversal 6.0 ) a P M (

C5 (0.82;5.17)

5.5

u

fb , a i c n ê r e d a a d a r u t o r e d o s ã n e T

C6 (1.02;5.41)

pt

C4 (0.61;4.88)

5.0

Ft

C3 (0.41;,4.25)

4.5

dt

Ft

Força transversal total 4.0

Ft = 2 Ast ⋅st f Pressão t ransversal

3.5 3.0 0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Pressão Transversal, pt (MPa)


João Veludo

pt =

2 Ast ⋅ fst

s ⋅ dt 159/176


ÍNDICE

1. Introdução 2. Soluções de Reforço 3. Reforço de Fundações com Micro-estacas 4. Ligação Micro-estaca / Estrutura 5. Ligações Seladas (Investigação realizada) 6. Ligações Seladas (Investigação em curso) 7. Dimensionamento de Ligações Seladas Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

160/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.1 Materiais a utilizar a) Caldas de cimento Características das caldas a utilizar na selagem das micro-estacas à fundação existente. • Relação água / cimento: 0.36 a 0.40 • Fluidez: ≤ 25 s • Exsudação: ≤ 0.3 % • Variação de volume: ∆V ≥ 0 % (caldas expansivas) • Resistência à compressão: ≥ 50 MPa • Módulo de elasticidade ( ≥ 14 GPa), tempo de presa (3 h ≤ t ≤ 24h ) e massa volúmica (~19 kN/m3) Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

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7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.1 Materiais a utilizar b) Armaduras P

P

Características:

d

d anéis soldados

- Geometria

calda

- Tubos: d t; e et

b r sr

tr

et

- Varões: φ - Classe de resistência


dt

a) Tubos lisos

João Veludo

dt dr

varão de reforço

varão de reforço

- Textura da superfície: - lisa - texturada: dimensão dos anéis

dt

dt

dr

b) Tubos texturados

162/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.2 Geometria da ligação

Df calda

• Relação diâmetro do furo / diâmetro furo

do tubo

(Df

/

ea

espessura anelar

d t)

1.20 ≤ D f / d t ≤2.0

tubo

varão

dt

• Espessura anelar (e a)

Df

ea ≥ 10 mm

calda

• Relação comprimento de selagem / diâmetro do tubo (lb / dt) lb

Tubos lisos → lb / dt ≤ 15 Tubos Texturados 6 ≤ lb/ d t10 ≤ Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

dt João Veludo

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7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.3 Ligações com tubos lisos Devem ser verificadas as seguintes situações: calda

1. Verificação da segurança à rotura da aderência na interface aço / calda; 2. Verificação da segurança ao esmagamento da calda; 3. Verificação da segurança à

calda


c h

dt

c h

f bu lb

lb

tubo

tubo

Pd

1) Aderência aço / calda

c h

5 4

Pd

2) Esmagamento da calda

°

c h



rotura por punçoamento para cargas de compressão e tração. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

lb

lb

d

θ

tubo

Pd

3) Punçoamento em compressão

João Veludo

tubo

Pd

4) Punçoamento em traçã

164/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.3 Ligações com tubos lisos 1) Verificação da segurança à rotura por aderência na interface aço / calda

A verificação da segurança à rotura da ligação na interface aço / calda :

Pd ≤ 3.14 ⋅ f⋅bul db⋅

t

fbu pode ser determinada pelas seguintes expressões: ≤r ≤ 0.30 + 0.0101 K K bu f+ 1.75 0.0101 r

1)

2)

 2 Ec  do2 − di2  ⋅ com K r = 2 2  i c i o (1 +ν c )   d ⋅ (−1 2ν⋅ )+ d d   × ≤ea ≤bu f − 4.83 × 0.054 4.14 −0.054 a


e João Veludo

micro-estacas te n te is x e o ã ç a d n u F

pilar di=Df o d

furo

calda

ea espessura anelar

165/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.3 Ligações com tubos lisos 2) Verificação da segurança à rotura por punçoamento

P

τ vd = 4 ⋅ d +dh ⋅ h ≤vRdτ ( t c) c

c h

4

5

°

τ vRd = 0.2 cdf ≤1.2 MPa


τvRd - é o valor de cálculo da resistência ao punçoamento (fundação sem armadura longitudinal);

lb

Pd - é o valor de cálculo da carga aplicada; dt -

é o diâmetro do tubo da micro-estaca;

hc - é a altura da sapata que resiste ao

tubo

Pd

punçoamento.

Nas situações em que a fundação é reforçada com armaduras longitudinais verticais a verificação ao punçoamento deve ter em conta estas armaduras. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

166/176

Reforço de fundações. Ligação micro-estaca estrutura .

7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.3 Ligações com tubos lisos 3) Verificação da segurança ao esmagamento localizado da calda

A verificação da resistência ao esmagamento localizado da calda, FRdu,g, pode s realizada através da seguinte expressão:

Pd F ≤ Rdug ,= ⋅fcdgν A ⋅ , ⋅0AA1 0

≤ ⋅⋅f ,/ A⋅0

cd g

3ν calda

Pd - é o valor do esforço atuante ν

- é um coeficiente de redução da resistência da calda

(recomenda-se um valor de 0.6);

c h

dt

- é o valor de cálculo da tensão de rotura à

f cd,g

b l

compressão da calda, A0 e A1 -

são, respetivamente, a área carregada e a

maior área de distribuição de cálculo homotética de A0. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

João Veludo

tubo

Pd

167/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.4 Ligações com tubos texturados Devem ser verificadas as seguintes situações: Df

1. Verificação da segurança à rotura da aderência na interface calda / betão; 2. Verificação da segurança ao esmagamento localizado da calda; 3. Verificação da segurança à rotura por punçoamento; 4. Verificação da capacidade resistente da micro-estaca. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

calda dr

Pe

bd

f bu sr

Pe

br

tr

hd

Pe dt

Pd

Pd

1) Aderência calda / betão

2) Esmagamento da calda

Df

Df dr

d

dr


superfície de rotura d

Pd

3) Punçoamento em compressão

João Veludo

Pd

4) Punçoamento em traçã

168/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.4 Ligações com tubos texturados 1) Verificação da segurança à rotura da aderência na interface calda / betão

Pd π≤ τgd ⋅ ⋅ D⋅fn ⋅hd +dfπ

d ⋅ ⋅D ⋅l ,−fn hb µ ⋅ d +P (⋅

bdsr

Pd - carga aplicada; τgd - valor da tensão de corte da calda; Df - diâmetro do furo; nd - número de dentes na superfície indentada; hd - altura dos dentes; fbd,sr - valor da tensão de aderência na interface calda / betão na superfície não denteada;

)

,

Df Pe

f bu Pe

Pe

lb - comprimento de selagem; µ - coeficiente de atrito calda / betão e

calda / calda (0.6 a 0.8); Pe,total - pré-esforço total aplicado ao longo do comprimento de selagem. Lisboa, 18,19 Novembro de 2013

etotal

João Veludo

Pd

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7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.4 Ligações com tubos texturados 2) Verificação da segurança ao esmagamento localizado da calda

A capacidade resistente da ligação é proporcional ao número de ané soldados na superfície do tubo, e pode ser condicionada pe esmagamento da calda abaixo dos anéis. calda

dr

Pd ≤ nr ⋅ F Rdug ,

bd sr

FRdu , g = ν⋅f , A⋅0cd ⋅A g1 0A

≤ /f⋅,⋅ 0A ⋅ 3.0 ν

cd g

br

tr hd dt

sr = 4 ( br ) + tr

Espaçamento entre anéis


João Veludo

Pd 170/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.4 Ligações com tubos texturados 3) Verificação da segurança à rotura por punçoamento Df

Pd ≤ VRd

CRdk⋅,c⋅

d

dr

1/3

⋅(100 ⋅ f ρkl+ ⋅ck )

1


σ cp

VRd ,c ≥  vmin + k1 ⋅ σ cp Pd


João Veludo

171/176


7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.4 Ligações com tubos texturados 3) Verificação da segurança à rotura por punçoamento varões verticais de reforço

Para garantir a segurança ao estado limite de punçoamento


d

h

pode ser necessário reforçar a fundação existente com pré esforço lateral e / ou com varõe verticais embebidos no betão com ancoragem química.


João Veludo

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7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.4 Ligações com tubos texturados 4)Verificação da capacidade resistente da micro-estaca

Em ligações seladas em que se garanta uma elevada aderência na interfaces aço / calda / betão a capacidade da ligação pode s condicionada pela rotura da micro-estaca. C um, =A ⋅st f,+t ⋅t A f g⋅ , cgf + s, A

Tum, =As⋅ tsf +,t A⋅ t f Cu,m

compressão ( ,

tração (

)

)

e Tu,m - capacidade resistente à compressão e à tração da micro-estaca;

Ag - área da secção da calda; At - área da secção do tubo metálico; As - área da secção do varão;

- tensão de rotura à compressão da calda; ft,s e ft,t - valores da tensão de rotura à tração do aço do varão e do tubo metálico. fc,g


João Veludo

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7. Dimensionamento de Ligações Seladas 7.5 Ensaios teste macaco (136 tf) fundação

prato metálico: B = 305 mm Dint = 203 mm 1 l

existente tubo metálico (d t = 139.7mm)

anéis soldados

furo (Df = 203 mm)

0 6 5

75 calda

varão (φ = 57 mm)


João Veludo

174/176



João Veludo

175/176



João Veludo

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Reforco de Fundacoes

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