Andre univers

2.2.6.1

Descrição geral

O pré-esforço pode ser definido como uma técnica que consiste na introdução de forças num elemento de uma estrutura que provoca, em geral, esforços de sinal contrário aos produzidos pelas acções aplicadas, com o objectivo de melhorar o seu comportamento e capacidade resistente. O recurso a esta técnica vem de longe e não diz respeito exclusivamente à engenharia civil, nem sequer a estruturas de betão, tendo sido usado em rodas de bicicletas e em barris. Assim, é por excelência uma técnica de reforço activo (assim como o reforço de lajes com laminados de FRP pré-esforçados, referido anteriormente), ao contrário de todas as outras, denominadas de passivas. Como o próprio nome indica, são reforços activos, pois funcionam para a totalidade das acções que actuam na estrutura, incluindo as que actuam sobre a mesma na fase de aplicação do reforço.

Introdução de elementos verticais

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Além de aumentar a capacidade de carga, o reforço com pré-esforço, é usado também, para melhorar o comportamento em serviço das estruturas, reduzindo, fechando, retardando ou prevenindo o aparecimento de fissuras e reduzindo as deformações e vibrações. Permite a escolha do traçado que melhor se adapta ao tipo de carregamento em causa quando se usam cordões, ao contrário do uso de FRP pré-esforçado (secção 2.2.4) que só permite traçados rectos. Mais ainda, o recurso ao pré-esforço usando cordões de aço de alta resistência já se encontra plenamente divulgado e o seu comportamento estudado e comprovado.

No caso de pré-esforço exterior, que é o geralmente usado para o reforço, existem algumas diferenças em relação ao pré-esforço interior aderente. Apesar de se recorrer ao uso de pré-esforço externo ou interno não aderente com frequência, não existe muita investigação em relação à sua análise, no que diz respeito à determinação de tensões e extensões em qualquer secção de um elemento e na verificação dos estados limites de utilização e últimos, tal como fendilhação, fadiga, deformação a longo prazo, etc.

As principais vantagens desta técnica são as seguintes: não é necessário descarregar a estrutura; não necessita de novas deformações para que o reforço entre em carga; é muito eficiente no reforço à flexão e ao corte; fecha as fendas existentes; controla a deformação; não adiciona peso significativo à estrutura; o equipamento necessário é leve e de fácil manuseamento; pode-se escolher a excentricidade desejada, posicionando os cordões por intermédio de desviadores; as ancoragens e desviadores podem ser facilmente inspeccionados durante a construção e durante a vida útil da estrutura. Como desvantagens podem-se indicar as seguintes: produz esforços horizontais que a estrutura pode não ter capacidade para absorver; necessita espaço para colocar ancoragens e desviadores; pode afectar esteticamente a estrutura; necessita pessoal especializado; é susceptível à corrosão, ao vandalismo e ao fogo; é necessário ter em conta que ao aplicar forças concentradas num elemento existente, poderá ser necessário recorrer a outras medidas de reforço para solucionar problemas locais.

É necessário estudar todo o sistema construtivo para aplicar pré-esforço, visto haver a necessidade de utilizar peças especiais (por ex. desviadores), que devem ocupar um espaço mínimo de forma a não criar problemas estéticos e a serem facilmente dissimuláveis, usando para isso enchimentos à base de argamassas, tectos falsos, etc. Por outro lado, o atrito existente entre os cabos e as peças deve ser o mínimo possível. Com este método pode-se até suprimir pilares, desde que os elementos vizinhos sejam capazes

Existem alguns documentos relativos ao uso do pré-esforço exterior como forma de reforço de estruturas, tais como o de Daly e Witarnawan [82], Daly e Woodward [83], de Nordin [217] e da SETRA [249].

Este tipo de reforço pode, normalmente, ser dimensionado como se de uma estrutura nova se tratasse, com pré-esforço interno não aderente e aderente, mesmo que seja colocado em novas secções de betão convenientemente ligadas ao elemento existente, no entanto, quando se calculam as perdas de pré-esforço, deve-se ter em conta que as perdas por fluência e por retracção podem ser inferiores em relação ao cálculo normal, devido à idade do betão do elemento na altura do reforço. No caso de cordões não aderentes (interiores ou exteriores) a tensão no cordão é função do comportamento global do elemento, em vez de depender apenas da distribuição de extensões numa determinada secção, sendo que a tensão num cordão não aderente aumenta pouco com o carregamento do elemento.

2.2.6.2

Investigação

Em relação ao reforço de lajes recorrendo a este método, não existem trabalhos de investigação que o autor tenha conhecimento, embora este método tenha já sido aplicado por Bondy [35] com sucesso, como se verá de seguida. No caso de reforço de lajes existentes, tem-se adoptado pré-esforço externo, fixo à estrutura apenas nas suas ancoragens e nos pontos de desvio dos cordões (Figura 2.21). Assim, são feitos furos nas zonas dos elementos onde será feita a ancoragem dos cordões, normalmente vigas ou pilares, sendo de seguida colocados os desviadores sob a laje (recorrendo a elementos metálicos). Posteriormente procede-se à colocação dos cordões e ao seu tensionamento recorrendo a macacos hidráulicos.

A resposta dos elementos reforçados com pré-esforço externo depende de vários parâmetros, tais como, o traçado dos cabos, o nível de força de pré-esforço instalada nos cabos, a relação vão/espessura do elemento, a quantidade de armadura ordinária e a resistência do betão. Tal como foi referido anteriormente não existem trabalhos de investigação que o autor tenha conhecimento no âmbito das lajes: No entanto existem trabalhos de investigação relativos à aplicação de pré-esforço externo em vigas dos quais se destacam os de Mojtahedi e Gamble [200], Naaman e Siriaksorn [213], Naaman [209],[210], Naaman e Alkhairi [211],[212], Naaman et al. [208], Harajli [127],[128],[134], Harajli e Kanz [129],[130], Harajli e Hijazi [132], Harajli, Khairallah e Nassif [133], Harajli et al. [131], Tan e Naaman [264], Tan e Ng [265] e Ng [214].

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Figura 2.21_{– (a) Marcação do posicionamento do cordão após utilização de raios-X, (b) furação} do elemento existente, (c) montagem dos cordões, (d) estado final do reforço, (e) operação de tensionamento, (f) pormenor do macaco hidráulico, (g) ancoragem num pilar e (h) pormenor de

uma ancoragem com protecção galvanizada [35].

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Para além dos cordões de aço de alta resistência de uso corrente, existem compósitos FRP em forma de cordões ou barras, cuja utilização tem aumentado significativamente ao longo das últimas duas décadas. Uma grande desvantagem deste tipo de cordões é de que é mais difícil fazer a sua ancoragem. As cunhas tradicionais usadas para os cordões de aço não funcionam com estes materiais, esmagando-os, sendo necessária a utilização de sistemas especiais, uma vez que estes materiais apresentam um comportamento anisotrópico. Existem vários tipos, apresentando-se em cordões de vários fios, varões nervurados ou indentados e varões de secção rectangular, feitos com fibras de carbono (CFRP), vidro (GFRP) e aramida (AFRP).