A influência da interface no comportamento de pilares reforçados por encamisamento de betão armado

Abstract

A técnica de reforço de pilares por encamisamento de betão armado é uma das mais usadas em operações de reparação e reabilitação. Alguns dos trabalhos publicados sobre esta técnica abordam aspectos como: a distribuição de forças entre o pilar original e o reforço, em compressão simples [Ramirez e Barcena 1975] ; quantificação do incremento na resistência ao corte e na ductilidade obtido com o reforço [Hayashi et al. 1980] ; eficácia no melhoramento da resposta a cargas laterais cíclicas [Bett et al. 1988] ; influência da cintagem na resposta cíclica [Gomes 1992, Gomes e Appleton 1994] ; aumento de resistência, rigidez e ductilidade [Rodriguez e Park 1994] ; modificação do modo de rotura de pórticos de betão armado severamente danificados reforçados por encamisamento total dos pilares [Stoppenhagen et al. 1995] ; etc. Ainda que em quase todos esses trabalhos seja referido que um factor importante no comportamento do pilar reforçado é a ligação entre o betão original e o betão do reforço, fundamental para assegurar o monolitismo do elemento compósito, nenhuma análise quantitativa da influência da interface é apresentada. O objectivo principal deste trabalho de investigação foi contribuir para o estudo e aplicação desta técnica de reforço, quantificando a influência dos parâmetros envolvidos e definindo claramente os procedimentos adequados relativamente à preparação da superfície da interface do pilar a reforçar. A principal conclusão a que se chegou contraria a prática corrente em diversos países, que consiste no aumento da rugosidade do pilar original, seguido da aplicação de resinas epóxidas. Com efeito, concluiu-se que para pilares nas condições consideradas ou em condições mais favoráveis - relação momento flector / esforço transverso superior a 1 m - não há necessidade de efectuar qualquer tipo de tratamento da superfície da interface em termos de rugosidade, nem há necessidade de aplicar qualquer tipo de agente ligante, sendo prudente acrescentar: desde que o betão do pilar original esteja saudável e limpo. A parte inicial deste trabalho de investigação consistiu numa pesquisa bibliográfica sobre as principais técnicas de reforço de estruturas de betão armado. Pretendeu-se, essencialmente, proceder a um levantamento das vantagens e inconvenientes de cada uma das técnicas, das situações em que usualmente são adoptadas e dos parâmetros que foram objecto de análise por parte dos diferentes autores. No Capítulo 1, faz-se uma descrição resumida do resultado da referida pesquisa e, no Anexo A, apresenta-se, mais desenvolvidamente, os aspectos relevantes dos estudos realizados sobre cada uma das técnicas. O trabalho experimental, definido para atingir os objectivos propostos, foi dividido em duas fases. Na Fase I, pretendeu-se quantificar a influência de diferentes parâmetros na resistência da interface pilar original / reforço. No Capítulo 2, é feita a descrição dos ensaios e são discutidos os resultados, apresentando-se, nos Anexos B, C, D e E, os valores de cada um dos testes realizados. Na Fase II, investigou-se o comportamento de pilares reforçados por encamisamento de betão armado submetidos a ensaios lentos monotónicos e cíclicos, projectados de acordo com as conclusões extraídas dos resultados dos ensaios realizados na Fase I. No Capítulo 3, apresenta-se uma abordagem analítica e descreve-se todo o trabalho de preparação desenvolvido. Nos Capítulos 4 e 5, encontra-se a descrição dos ensaios monotónicos e cíclicos, respectivamente, e a análise dos resultados dos mesmos. Como os resultados dos ensaios lentos monotónicos e cíclicos dos pilares reforçados foram de certa forma inesperados, decidiu-se complementar o estudo experimental com a realização de uma simulação numérica de novas situações, apresentando-se a descrição dessa análise no Capítulo 6 e no Anexo F. Por último, as conclusões que se consideraram relevantes e as sugestões que se entendeu apresentar para trabalhos de investigação futuros, estão agrupadas no Capítulo 7.

Reinforced concrete jacketing of columns is one of the most commonly used strengthening techniques. Some of the published works on this subject deal with aspects such as: distribution of forces between the original column and the jacketing in compression [Ramirez e Barcena 1975] , quantification of the shear strength and ductility increase obtained with the jacketing [Hayashi et al. 1980] , efficiency on achieving a better response to cyclic lateral forces [Bett et al. 1988] , influence of confinement on cyclic behaviour [Gomes 1992, Gomes e Appleton 1994] , increase of strength, rigidity and ductility [Rodriguez e Park 1994] , change of the collapse mode of RC frames by column jacketing [Stoppenhagen et al. 1995] , etc. In spite of the unanimous reference to the importance of achieving a good bond between the original column and the jacketing, crucial to ensure a monolithic behaviour of the composite element, the quantification of the parameters that influence it has not yet been studied. The principal objective of this research work was to contribute to the study and implementation of this strengthening technique, by quantifying the influence of the involved parameters and clearly defining the best procedure related to the original column surface preparation. The major conclusion achieved contradicts the current practice in several countries that consists in increasing the surface roughness of the original column, followed by the application of a bonding agent. For the assumed conditions or more conservative ones, bending moment / shear relation greater than 1 m , there is no need neither to improve the interface surface roughness nor to use any kind of bonding agent. This work has begun with a bibliographic research on the major strengthening techniques of reinforced concrete structures. The goal was to synthesise the main advantages and disadvantages of each method, to define under which conditions they are most commonly adopted and to search the parameters analysed by different researchers. In Chapter 1, a brief description of this research is presented and, in Appendix A, a more detailed presentation of the relevant aspects studied about each techniques is given. The experimental work defined to achieve the proposed objectives was divided into two phases. Within Phase I, the objective was to quantify the influence of different parameters on the strength of the interface between the original column and the jacket. Those tests are described in Chapter 2 and results are discussed. In Appendixes B, C, D and E, the values obtained with each test are presented. In Phase II, the behaviour of columns strengthened by concrete jacketing, subjected to slow monotonic and cyclic tests, was investigated. Those models were designed according to the conclusions based on Phase I test results. In Chapter 3, an analytical approach is proposed and all the experimental preparation work performed is reported. In Chapters 4 and 5, the monotonic and cyclic tests are described, respectively, as well as the results analysis. Because the results of slow monotonic and cyclic tests of the strengthened columns were unexpected, the experimental study was complemented by performing a numerical simulation of new situations. This study is described in Chapter 6 and in Appendix F. Finally, the considered relevant conclusions and some suggestions for further research works are grouped in Chapter 7.