Estudo numérico sobre o reforço de pilares de betão armado com cantoneiras e presilhas metálicas: análise paramétrica e modelo de cálculo

Abstract

O reforço de um pilar surge da necessidade de corrigir anomalias que podem decorrer de deficiências de projeto, de construção ou de utilização, resultantes de fatores relacionados com a degradação dos materiais estruturais, alteração da geometria da estrutura e/ou ações atuantes. Existem várias técnicas de reforço. Algumas caracterizam-se pelo aumento da capacidade resistente a ações sísmicas, como a técnica de encamisamento e outras pela elevada resistência à corrosão e à fadiga, como a técnica de reforço com FRP’s. A técnica de steel caging surge como uma variante de encamisamento e é destinada ao reforço de pilares de secção retangular em betão armado. Esta técnica consiste em colocar uma cantoneira metálica em cada um dos quatro cantos do pilar e uni-las entre si através de uma série de presilhas soldadas. Este tipo de reforço apresenta uma certa complexidade no seu comportamento estrutural, especialmente quando existem esforços de flexo-compressão no pilar, de tal forma que atualmente não existe uma metodologia analítica que permita efetuar o seu dimensionamento de forma satisfatória. O presente trabalho, tem em vista o desenvolvimento de um estudo numérico sobre a influência, de vários fatores, como sejam, a dimensão dos pilares, a dimensão dos elementos que formam o reforço (cantoneiras e presilhas) e as propriedades mecânicas dos materiais constituintes do pilar de betão armado e do reforço, no comportamento à flexo-compressão de pilares de betão armado reforçados com a técnica de steel caging. Desenvolveram-se modelos de elementos finitos 3D, com os quais se obtiveram digramas de interação entre o esforço axial e o momento fletor. Estes diagramas possibilitaram uma análise comparativa entre todos os modelos construídos. A partir dos resultados obtidos com os modelos de elementos finitos, foi possível explicar o funcionamento global deste sistema de reforço e avaliar a importância dos parâmetros analisados.

The strengthening of a reinforced concrete column emerges from the need to correct anomalies that can result from project deficiencies, bad construction or use, degradation of structural materials, changes in the geometry of the structure and / or alterations on the loadings. There are many strengthening techniques. Some are characterized by the increased resistance capacity to seismic actions, such as jacketing and other techniques for increase resistance against corrosion and fatigue, as the reinforcement with FRP's. The steel caging technique emerged as a variant of jacketing and is aimed at reinforcing columns of reinforced concrete with rectangular cross section. This technique consists in placing a metal angle in each of the four corners of the RC column and join them together with welded straps. The reinforced columns present a certain complexity in their structural behavior, especially when there is flexion-compressive forces on the structural element, so that currently there is no analytical methodology to make that design satisfactorily. This study has in view the development of a numerical study about the influence of various factors on the behavior of RC columns submitted to bending and compression. The analyzed factors are the dimension of the RC columns, the dimensions of the elements included in the strengthening (angles and straps) and the mechanical properties of the materials used in the RC column (concrete and reinforcement). 3D finite elements were carried out to diagrams of interaction between axial force and bending moment. These diagrams enabled a comparative analysis between all models. From the results obtained in the conducted finite element model, it was possible to explain the overall behavior of the reinforcement system and assess the importance of the analyzed parameters.