Influência da resistência do betão leve e da taxa de armadura no comportamento da ligação viga-pilar

No dimensionamento de estruturas porticadas em betão armado normalmente a atenção que se dá às ligações viga-pilar não é proporcional à importância que têm no comportamento global da estrutura. Usualmente assume-se que estas ligações são rígidas e que os elementos estruturais têm um comportamento linear elástico. Contudo, ambas as generalizações são inadequadas, dado que, a ligação viga-pilar não é totalmente rígida e o efeito do comportamento das ligações viga-pilar sobre o comportamento global da estrutura também não é considerado. Nos últimos anos têm surgido trabalhos de investigação com o objetivo de clarificar e identificar os principais parâmetros de influência no comportamento das ligações viga-pilar de estruturas porticadas em betão armado, sob o efeito de ações monotónicas. A resistência do betão à compressão e a taxa de armadura são dois desses parâmetros que afetam o comportamento da ligação viga-pilar. No entanto, a informação relativa a este tipo de estudos mas considerando os elementos constituídos por betão com agregados leves é muito reduzida ou mesmo inexistente. Este documento tem por base a análise da influência da resistência à compressão do betão leve e da taxa de armadura de tração na ligação viga-pilar. Como tal, foi desenvolvido um programa experimental que contempla o ensaio de cinco peças, representativas da ligação viga-pilar, em que é imposta uma carga na extremidade da viga até provocar a rotura do nó. Para a produção das peças de ensaio foram usados betões com diferentes classes de resistência à compressão e diferentes taxas de armadura de tração, com o objetivo de se analisar a influência de cada um desses parâmetros através da comparação direta de resultados. Após análise dos dados recolhidos durante os ensaios foi possível observar que, a ligação viga-pilar não deve ser considerada como uma extensão das vigas e pilares adjacentes mas sim como elemento estrutural independente. A ligação deve ser analisada de forma detalhada, nomeadamente, a pormenorização das armaduras longitudinais e transversais, e o volume de betão nas zonas comprimidas. O dimensionamento incorreto do nó pode condicionar a segurança global da estrutura. Nas peças produzidas e ensaiadas com betões de menor resistência, o aumento da taxa de armadura não se refletiu num acréscimo da capacidade de carga, havendo portanto um subaproveitamento da capacidade resistente das armaduras. Todavia, quando se utilizou betões de maior resistência, o aumento da taxa de armadura já se refletiu num acréscimo da capacidade resistente da subestrutura.

Estudo experimental do punçoamento centrado em lages de betão leve

As aplicações do betão com agregados leves foi iniciada há mais de dois milénios pelos Romanos, sendo esse material produzido inicialmente com agregados leves naturais. Apesar do uso em Portugal ainda ser reduzido, quando comparado com outros países da Europa e da América, a utilização do betão estrutural de agregados leves (BEAL) pode ser bastante vantajosa, principalmente em elementos de laje e tabuleiros de pontes, associando a redução do peso próprio a resistências elevadas. Além da eficiência de desempenho estrutural e das vantagens económicas globais, o BEAL apresenta geralmente elevado desempenho de durabilidade, sendo uma solução competitiva em obras de reabilitação e reforço estrutural e de elementos pré-fabricados. Uma vez que a aplicação de BEAL em elementos de laje é particularmente vantajosa e eficiente, o estudo do comportamento e respetiva resistência ao punçoamento é fundamental para os casos de lajes fungiformes em BEAL armado. Apesar dos recentes códigos europeus estabelecerem parâmetros e expressões de dimensionamento para esse tipo de betão, estes são geralmente baseados nos dos betões de densidade normal e corrigidos por coeficientes de correção para os BEAL, os quais resultam, por vezes, em desvios significativos. Aliando a este facto, a escassez de estudos experimentais para essa aplicação, o presente estudo surge nesse contexto. O trabalho de investigação apresentado tem como principal objetivo o estudo do punçoamento centrado em lajes de BEAL, variando a sua resistência. Para o efeito foram produzidas seis lajes, onde se utilizaram três tipos de BEAL com diferentes classes de resistência à compressão. Produziram-se duas lajes de cada classe de resistência e procedeu-se aos ensaios definidos, aplicando uma carga pontual no centro da laje, com aumento gradual até originar a rotura por punçoamento. Através da análise dos resultados dos ensaios, observou-se que, o aumento da resistência do betão à compressão originou maior capacidade resistente ao punçoamento e maior capacidade de deformação das lajes ensaiadas. Estudaram-se também os seguintes parâmetros, em função da resistência do BEAL: carga de fendilhação, rigidez, o ângulo do cone de punçoamento e o perímetro de contorno crítico. Os valores obtidos foram ainda comparados com as previsões de vários códigos de betão armado e apresentam-se as principais conclusões

Ações horizontais em paredes e avaliação mecânica de vigas-lintel para aberturas de grande vão

As construções em alvenaria em Portugal ainda hoje representam um marco importante na construção portuguesa, sobretudo pela importância histórica associada às edificações. Grande parte das principais baixas das cidades portuguesas são brindadas com grandes e imponentes edifícios em alvenaria, fazendo parte integrante de uma herança deixada de uma tecnologia construtiva que não tem merecido a devida atenção pelas várias entidades responsáveis pela construção em Portugal. É então premente uma mudança profunda na construção em Portugal, fomentando a adoção de métodos construtivos mais ecológicos. É esta premissa que motiva este trabalho. Neste trabalho estudam-se algumas metodologias modernas de cálculo, nomeadamente os procedimentos de cálculo para obtenção das forças horizontais a aplicar a cada parede vertical resistente, tendo por base os recentes regulamentos europeus. Este trabalho pretende também entender melhor o comportamento de vigas de alvenaria sujeitas a ações verticais no seu plano. Para a execução de vigas-lintel é normalmente usada armadura ordinária, pelo que é apresentado e proposto um novo método construtivo usando armadura prefabricada de junta como principal armação das vigas-lintel. Finalmente, é apresentada e descrita a solução preconizada para as vigas-lintel sobre as aberturas e vigas-cintas numa moradia executada ao abrigo de um projeto de investigação. Durante a fase experimental deste estudo, foram executadas vigas de alvenaria com dois sistemas de armadura, o proposto e o normalmente usado, com o objetivo de comparar os resultados e os modos de rotura, a fim de avaliar e validar o método proposto. As vantagens mais evidentes deste método são: rapidez de execução, redução dos materiais usados e menor necessidade de mão de obra qualificada no corte, dobragem e montagem das armaduras. Palavras-Chave: , , , , , ,

Estudo comparativo de soluções em alvenaria estrutural e betão armado

No setor da construção, a principal prioridade é a redução de custos relacionados com os processos construtivos e a sua execução. Devido à crise económica global e ao crescimento da competitividade do setor da construção, é necessário analisar outras opções que confiram boas práticas de construção, cumprindo os requisitos definidos na regulamentação atual. Este estudo aborda a temática de algumas das soluções construtivas normalmente utilizadas, focando aspetos de normalização, custos, vantagens e desvantagens. É também apresentada uma avaliação comparativa entre dois sistemas construtivos, alvenaria estrutural vs. betão armado, de uma moradia construída ao abrigo de um projeto de investigação. Nessa avaliação é feita a apresentação do processo de conceção modular e conceção estrutural para ambas as soluções em fase de projeto. Este estudo também apresenta uma comparação de custos entre dois sistemas construtivos, nomeadamente a construção em alvenaria estrutura vs. construção em betão armado. Com o estudo realizado constatou-se que no projeto é notória a complexidade da alvenaria estrutural em detrimento do betão armado. A alvenaria estrutural também apresenta limitações a eventuais alterações executadas durante a vida útil do edifício. Relativamente à comparação de custos efetuada, os resultados mostram que a construção em alvenaria estrutural é um processo tecnológico apropriado e a redução de custos é significativa.

Tirantes de betão armado com varões de fibra de vidro

O aparecimento da fibra de vidro deve-se à pesquisa de novos materiais. No século XIX, as fibras de vidro foram pela primeira vez tecidas. Só mais tarde, durante o século XX, com o desenvolvimento de resinas foi possível produzir a fibra de vidro como material compósito. Ainda durante a 2ª Guerra Mundial foi construído um avião de combate em fibra de vidro. Desde então sofreu um grande desenvolvimento, tendo sido aplicada nas mais diversas indústrias. Recentemente, a fibra de vidro tem sido também aplicada em estruturas na construção civil. Nos últimos anos tem havido uma crescente investigação acerca das estruturas de betão armado com armaduras de fibra de vidro (GFRP). A análise de parâmetros como a fendilhação, a deformação e a contribuição do betão entre fendas, é fundamental para a compreensão do comportamento desse material compósito. A aderência entre os varões e o betão é condicionada pela resistência do betão e pela superfície das armaduras, podendo estas propriedades influenciarem a evolução dos parâmetros atrás referidos. Contudo, a investigação neste domínio ainda está pouco desenvolvida e carece de mais estudo, para que seja possível a sua aplicação em estruturas de uma forma mais criteriosa e abrangente. Pretendeu-se conjugar as vantagens do betão estrutural de agregados leves (BEAL), bom desempenho de resistência e a reduzida densidade, com as dos varões de GFRP, sendo necessário estudar o seu comportamento em conjunto para uma boa compreensão dos fenómenos inerentes a esta combinação de materiais. Neste trabalho analisam-se vários parâmetros fundamentais ao comportamento de elementos de BEAL reforçado com varões de GFRP, nomeadamente: a aderência da interface betão-armadura, a fendilhação, tension stiffening effect e a deformação. Para esta análise, considerou-se a variação da resistência mecânica do BEAL, do tipo de armadura de reforço (aço e GFRP) e o diâmetro dos varões. Foi desenvolvido um programa experimental que contempla um total de doze tirantes de betão armado, seis com varões de GFRP e seis com varões de aço, de forma a poder efectuar-se uma comparação directa. Foram também incluídos no programa experimental trinta e seis provetes de ensaios pull out, dezoito com armaduras de fibra de vidro e dezoito com armaduras de aço, igualmente com o objectivo de comparação dos resultados. Na análise dos resultados foi possível verificar as diferenças entre o uso de armaduras de GFRP e de aço nos parâmetros em estudo, assim como a influência da resistência dos BEAL e dos diâmetros das armaduras. Verificou-se que a largura de fendas, bem como as deformações nos tirantes com armaduras de GFRP foram superiores às observadas com armaduras de aço. No que diz respeito à aderência foram observadas menores tensões nas armaduras de GFRP.

Betão betuminoso temperado com betume aditivado em refinaria

Ao longo dos tempos, tem-se vindo a verificar maior preocupação e consciência ambientais, pelo que os organismos e associações independentes têm procurado sensibilizar as empresas e os governos a nível mundial para um consumo mais racional da energia, tendo em vista uma menor emissão de dióxido de carbono para a atmosfera. Neste contexto, as tecnologias de pavimentação têm evoluído no sentido ecológico, isto é, de modo a terem menos impactes ambientais e a serem economicamente viáveis. As misturas betuminosas não são exceção desses avanços tecnológicos, tendo surgido as misturas betuminosas temperadas com o objetivo de contribuírem para a redução do consumo de energia e de emissões face às misturas convencionais. A sustentabilidade ambiental só pode consolidar-se através do desenvolvimento de tecnologias de produção ambientalmente mais adequadas, evitando desta forma comprometer o bem-estar das futuras gerações. Atualmente, as misturas betuminosas temperadas não conseguiram ainda uma posição de destaque face às misturas convencionais, dado que os agentes que as utilizam mantem ainda alguma desconfiança relativamente à performance desta tecnologia comparativamente às convencionais, pelo que é primordial demonstrar que o seu desempenho mecânico é adequado e semelhante ao das misturas produzidas a quente. Assim, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo exploratório de algumas características de uma mistura betuminosa temperada produzida com um betume aditivado em refinaria e que, portanto, dispensa o uso de outros aditivos para baixar a temperatura de manipulação. Neste documento faz-se um breve enquadramento e uma abordagem histórica da evolução das misturas betuminosas temperadas e descrevem-se as diferentes tecnologias e técnicas de produção, abordando os seus benefícios e desvantagens, e indicando as propriedades típicas das mesmas. Em seguida apresentam-se os estudos laboratoriais para avaliação das diferentes propriedades volumétricas e o comportamento mecânico da mistura. Inclui-se também, sempre que possível, uma comparação das propriedades obtidas com resultados obtidos em misturas betuminosas a quente semelhantes, de forma a mostrar a aplicabilidade das MBT.

Estudo da aderência e fendilhação em elementos de betão incorporando nanopartículas

Com o crescimento progressivo da preocupação quanto ao consumo energético a nível global e a sua redução, por consequência das alterações climáticas, tem havido uma tentativa de adaptação do setor da construção para dar um contributo neste campo. O betão armado, pelas suas características e pela facilidade com que é moldado, estabeleceu com o Homem uma “amizade” duradoura. Atualmente é o material mais consumido a nível mundial, com uma produção de, aproximadamente, 10km3/ano, prevendo-se que este número venha a aumentar nos próximos anos. A sua produção necessita de um elevado consumo energético, principalmente na produção de um dos seus constituintes, o cimento. Mantendo-se a utilização generalizada do betão, uma potencial solução para este problema passa então pela redução do consumo deste elemento. Uma alternativa possível e que, nos últimos anos, ganhou relevo, prende-se com a introdução de nanotecnologia na produção do betão. A progressiva substituição do cimento Portland, por outro elemento capaz de fornecer as mesmas características às peças de betão, é uma necessidade, surgindo a introdução de nanopartículas como um caminho possível para esse objetivo. A alteração da composição do betão com a introdução de nanopartículas, acarreta consigo uma possível alteração do comportamento estrutural de elementos de betão armado, devido às alterações das propriedades do próprio betão. Este trabalho teve como motivação principal o estudo da influência deste “novo” betão na aderência aço-betão. Para a análise deste fenómeno, foram definidas duas etapas de estudo, sendo a primeira a produção de ensaios de arrancamento (Pull Out) para medir a tensão de aderência máxima e a segunda a realização de testes em tirantes com o objetivo de medir o padrão de fendilhação nestes elementos. Foram produzidas várias misturas de betão contendo dois tipos de nanopartículas (nano-sílica e nano-alumínio), incorporando também fibras metálicas. O estudo da aderência através do programa experimental apresentado, teve ainda como variáveis o uso de varões lisos e nervurados. No total foram realizados trinta e dois ensaios de arrancamento e dezasseis ensaios de tração com tirantes de betão armado. Os resultados obtidos demonstraram que a introdução de nanopartículas na composição do betão origina algumas diferenças de comportamento, relativamente ao betão normal. Nalguns casos os resultados foram algo inesperados. O trabalho desenvolvido no âmbito desta tese estava enquadrado num projeto mais amplo, designado por Nanobetão, promovido por um consórcio estabelecido entre o Instituto Superior de Engenharia de Coimbra e a empresa Smart Inovation.

Estratégias para intervenções de reparação e reforço em estruturas de betão armado

Já se passaram algumas décadas desde que o betão é o principal material de construção que ergue cidades e estruturas nas civilizações contemporâneas. Num passado não muito longínquo, a área da durabilidade, manutenção e prevenção das estruturas de betão não foi vista como prioridade, chegando a ser negligenciada, por consequência hoje existem graves problemas nalgumas construções de betão. Por outro lado, devido ao excedente de construção habitacional em Portugal e à, a atual conjuntura económica/financeira que a Europa atravessa, o setor da construção tem sofrido um abrandamento acentuado. A consciência e postura de sustentabilidade das novas gerações e entidades competentes, acentuou a necessidade de preservar, reparar e reforçar muito do património no parque habitacional português e europeu. O projeto de intervenção numa estrutura nunca é abordada da mesma maneira, não existem duas estruturas iguais, e há particularidades neste tipo de projetos que não existem num projeto de uma estrutura nova. Para intervir numa estrutura já construída é necessário um conhecimento abrangente em várias temáticas, tais como: regulamentação, métodos de avaliação de segurança, definição das características mecânicas dos materiais, técnicas de reparação e reforço, metodologias de diagnostico e intervenção, comportamento estrutural, etc. Atualmente existe muita informação acerca da temática de reparação e reforço de estruturas de betão armado, no entanto há ainda alguma falta de documentação onde a informação aparece de forma integral e objetiva. Consideando o apresentado anteriormente, tentou-se compilar informação sobre os principais assuntos que interessam a um projeto de reparação/reforço de estruturas de betão armado, nomeadamente as normas e legislação aplicável, exemplos de metodologias de inspeção e intervenção, os principais ensaios em laboratório e in situ para caracterização dos materiais, principais técnicas de reparação/reforço. Sobre este tópico e a título de exemplo, aprofundou-se com mais detalhe as considerações relativas ao dimensionamento com reforço com FRP´s.

Estudo da resistência ao fogo de pilares de aço inserido em paredes

O comportamento ao fogo de pilares de aço inseridos em paredes de edifícios é substancialmente diferente dos pilares quando isolados. O contacto com as paredes provoca por um lado um efeito de redução das temperaturas, revelando-se de certa forma favorável em termos de comportamento ao fogo, mas por outro lado provocando um aquecimento diferencial das secções levando ao aparecimento de esforços desfavoráveis (momentos fletores) nos pilares, aumentando a instabilidade. Este último fenómeno designa-se de “Thermal Bowing”, provocado pelo aquecimento diferencial, deve ser avaliado por uma quantificação rigorosa das temperaturas nos perfis de aço. O estudo foi realizado em dois níveis, numérico e experimental. Foram testados pilares inseridos em paredes de alvenaria, tanto com a alma paralela como perpendicular à parede. Pretendeu-se assim, avaliar o efeito da ação térmica diferencial no comportamento estrutural dos pilares e concluir qual o efeito das paredes sobre estes na sua resistência estrutural. Foram ainda alvo de análise o nível de carregamento e a esbelteza do pilar. Compararam-se os resultados dos ensaios experimentais com os estudos numéricos, reproduzindo as condições utilizadas nos ensaios experimentais, por forma a contribuir para o desenvolvimento/melhoria dos métodos de dimensionamento dos pilares em situação de incêndio. O programa experimental comportou a realização de ensaios em pilares de aço de secção H, embebidos em paredes. A modelação numérica dos ensaios foi realizada utilizando o programa de computador de elementos finitos ABAQUS, elaborando-se uma análise geométrica e material não - linear. Os principais resultados deste trabalho de investigação foram uma melhor avaliação da evolução de temperaturas na secção transversal dos pilares de aço com aquecimento diferencial, inseridos em paredes, deslocamentos, forças de restrição e esforço axial daí decorrentes. A partir destes resultados, realizou-se uma análise detalhada do deslocamento do centro de gravidade ao longo do tempo, provocada pela degradação das propriedades mecânicas do aço.