Comportamento ao corte e à flexão de vigas com betões incorporando nanopartículas

Existe uma crescente preocupação com a sustentabilidade e com o impacto ambiental da atividade da construção que, desde o início do séc. XXI, com o avanço exponencial da nanotecnologia e do estudo das nanopartículas (para incorporação em argamassas e betões), tem vindo a ser atendida de uma forma inovadora. As nanopartículas, quando substituindo pequenas percentagens da massa de cimento, conferem características melhoradas às misturas: resistência, durabilidade, entre outras. Os potenciais benefícios no betão são variados e estão, genericamente, identificados. Todavia, existem ainda algumas lacunas (e.g. estudos que incluam ensaios estruturais). Tendo este aspeto em conta, foi formado um consórcio entre a empresa Smart Inovation, Lda e o Instituto Superior de Engenharia de Coimbra por forma a conduzir uma investigação com o intuito de estudar o efeito da incorporação das nanopartículas em argamassas e betões. Inserindo-se a presente dissertação no âmbito desse projeto de investigação, decidiu-se estudar o comportamento de vigas de betão incorporando nanopartículas (ou nanobetão) quando sujeitas a esforços de corte e de flexão, comparando-o com o de betões de referência. Foram, então, realizados dois tipos de ensaios, para as mesmas misturas (que incluem betões simples, com nanopartículas, com fibras e com nanopartículas e fibras em conjunto): (i) ao corte – em que se submeteram oito vigas, simplesmente apoiadas, à aplicação de uma carga concentrada a 0,85 m do apoio mais afastado; (ii) à flexão – em que se submeteram também oito vigas, simplesmente apoiadas, à aplicação de uma carga concentrada a meio vão. Com base nos dados recolhidos durante os ensaios experimentais, estudou-se: a relação carga-deslocamento, os valores teóricos e experimentais do esforço transverso e do momento, a curvatura, a rigidez, a fendilhação e o tipo de rotura. Da análise de resultados, foi possível observar que o comportamento estrutural de vigas de betão incorporando nanopartículas não evidencia, de forma clara, as previsões dos ensaios de caracterização dos betões. Porém, verificou-se que existe alguma potencialidade da incorporação das nanopartículas (principalmente as nanopartículas de Al2O3) beneficiarem a resistência ao corte e à flexão. Foi ainda possível observar que a interação entre nanopartículas e fibras de aço induz efeitos negativos na resistência ao corte e a resistência à flexão

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.