Durabilidade do betão: caracterização de amostras de betão recolhidas ao longo de dois túneis da Região Autónoma da Madeira

Na realização deste trabalho pretendeu-se caracterizar amostras de betão recolhidas ao longo de dois túneis da Região Autónomo da Madeira com o objetivo de traçar um perfil de composição e relacionar com a durabilidade. Para tal foram recolhidas amostras em dois túneis, o Túnel da Cruz Vermelha e o Túnel da Encumeada. De modo a caracterizar o betão foram realizados ensaios de carbonatação, determinação do teor de cloretos em profundidade em laboratório, termogravimétrica, análise macroestrutural e de difração raios X. Realizou-se uma previsão de quando é que as armaduras poderão deixar de estar passivadas devido a carbonatação (período de iniciação) e quando é que os túneis deverão ser alvos de reparações devido a corrosão (período de propagação). Tentou-se verificar a influência da carbonatação em altura no Túnel da Cruz Vermelha. Demonstrou-se que a fissuração é uma zona de fácil acesso para as substâncias agressivas penetrarem para o interior do betão, nomeadamente o dióxido de carbono relacionado com a carbonatação. Demonstrou-se também que é possível determinar a profundidade carbonatação através da difração de raios X. Verificou-se que o método (difração de Raio X) usado para determinar a composição do betão de ambos os túneis é viável. Constatou-se que praticamente todas as carotes apresentam pontos com valores de cloretos superiores aos permitidos pela norma atualmente em vigor (NP EN 206-1: 2007). Uma das possíveis razões para esses valores é o facto de na RAM, a areia utilizada no fabrico do betão ser de origem marítima. Em termos da profundidade de carbonatação verificou-se que praticamente em todas as amostras, o valor determinado ainda não tinha alcançado as armaduras e deste modo encontravam-se passivadas, com exceção a carote nº10 (Túnel Encumeada) em que a carbonatação já tinha ultrapassado o valor do recobrimento e a armadura já apresentava sinais de corrosão.

Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

Sistema autónomo de alimentação para monitorização ambiental

Este projecto tem como principal objectivo a criação de sistemas autónomos de^alimentação para redes de sensores sem fios (RSSF) que prolonguem a autonomia das mesmas. Considerando que, geralmente, a alimentação das RSSF é fornecida por baterias e devido à limitação que estas impõem a nível de durabilidade e autonomia é crucial desenvolver sistemas capazes de captar e armazenar energia ambiental de modo a disponibilizá-la aos nós sensores quando estes necessitarem. Assim sendo, este projecto apresenta três protótipos cujo intuito visa prolongar a longevidade dos nós sensores. Nesta conformidade recorreu-se ao aproveitamento da energia produzida pelo sol, vento e cursos de água. Foram estudados dois protótipos solares, um com ligação directa ao elemento de armazenamento e o outro com um circuito que deve transferir o máximo de potência fornecida pela fonte. Para o aproveitamento do fluxo de ar foi desenvolvido um pequeno gerador trifásico com uma estrutura de captação de energia segundo o modelo de pás do aerogerador Savonius. As características (tensão e corrente) foram analisadas com o objectivo de poder desenvolver um circuito de controlo de carga para as baterias. O último sistema de controlo foi dirigido ao aproveitamento da água proveniente das levadas ou ribeiras. Este sistema também é composto por um pequeno gerador trifásico ao qual foi associado um sistema de pás do tipo Pelton. Este protótipo foi proposto para situações em o caudal à saída de um reservatório se mantém constante evitando desta forma, a necessidade de utilização de elementos de armazenamento de energia Todos os sistemas possuem circuitos que permitem a monitorização de variáveis fundamentais para a avaliação dos mesmos. Para a transferência de dados foi utilizada uma rede de sensores sem fios, com recurso a um rádio XBee. Estes dados são encaminhados para uma base de dados presente na estação central. Após todo o tratamento de dados, a informação é disponibilizada através de uma página da Internet.

A utilização de varões de GFRP nas estruturas de betão armado

A crescente preocupação com a deterioração e consequente reparação e reabilitação das estruturas de betão armado tradicionais, sobretudo devido ao fenómeno da corrosão associada aos varões de aço, que afecta significativamente a durabilidade deste tipo de estruturas, tem impulsionado a introdução dos varões de GFRP na área da engenharia civil. A progressiva utilização dos varões de GFRP, nas estruturas de betão armado, surge não só no sentido de colmatar as deficiências apresentadas pelo aço convencional, mas igualmente, pelas características que lhe são inerentes, das quais se destacam, entre outras, a elevada resistência à tracção e à fadiga, a elevada resistência química, a sua não condutividade electromagnética e corrosibilidade nula e o seu baixo peso próprio. Contudo, o comportamento frágil consequente do reduzido módulo de elasticidade, o custo início elevado e a falta de códigos de dimensionamento, têm tardado a sua aplicação generalizada. Neste contexto, procede-se no presente documento à elaboração de um Estado da Arte, com intuito de analisar o ponto de situação dos conhecimentos, seguida da apresentação da filosofia de dimensionamento e da descrição das propriedades físicas e mecânicas dos varões de GFRP. No sentido de avaliar o Estado Limite Último (E.L.U.) e o Estado Limite de Serviço (E.L.S.), dos elementos de betão armado com GFRP, realiza-se uma exposição dos modelos de dimensionamento sugeridos pelo ACI 440.1R-06 [3], pelo Fib-Bulletin 40 [21] e pelo ISIS Manual No.3 [25]. Por fim, dimensiona-se três elementos estruturais de betão armado com GFRP, com o objectivo de delinear as principais diferenças entre as armaduras de aço e de GFRP. Os exemplos de aplicação efectuados permitiram concluir, que de facto, o E.L.S. é maioritariamente condicionante neste tipo de estruturas, devido ao reduzido módulo de elasticidade, que afecta significativamente a deformação.

Betão autocompactável na Região Autónoma da Madeira: da composição de laboratório à comercialização

A durabilidade das estruturas de betão armado é atualmente encarada como uma grande preocupação,é uma das principais incertezas e com graves consequências económicas, ambientais e sociais. Com a crescente falta de durabilidade e com a necessidade de construir estruturas sustentáveis, surge a preocupação do desenvolvimento do betão autocompactável (BAC). Este betão surge no final dos anos 80 no Japão e insere-se nos betões especiais, com capacidade de garantir à construção grandes benefícios tecnológicos, económicos e ambientais. Trata-se de uma tecnologia sustentável cuja principal vantagem é a qualidade dos trabalhos de compactação em obra, pois este surge para colocar inteiramente de parte o processo de compactação, obtendo-se assim um material homogéneo e consequentemente mais durável. Apesar do BAC possuir excelentes propriedades, a sua implementação na indústria da construção na RAM encontra-se ainda numa fase embrionária. O presente trabalho consiste no estudo e desenvolvimento experimental deste novo material, utilizando os materiais correntemente utilizados na Região Autónoma da Madeira (RAM). Esta dissertação pretende, em parte, ser um contributo para o estabelecimento de uma metodologia que conduza a composições otimizadas, baseando-se num procedimento de tentativa-erro, de forma a satisfazer todos os requisitos de desempenho. Verificou-se ao longo do desenvolvimento deste trabalho, aplicabilidade do BAC na RAM. Foram realizados alguns dimensionamentos de composições autocompactáveis, para isso, inicialmente realizaram-se vários estudos em pastas, argamassas e consequentemente em betões. De forma, avaliar a autocompactabilidade e caracterizar este tipo de betão no estado fresco, foram realizados um conjunto de ensaios em laboratório e ensaios de caracterização mecânica no betão endurecido. Com o objetivo de validar o estudo das composições analisadas em laboratório, foram realizadas algumas aplicações em condições reais, isto é, em produção industrial. Conseguiram-se alcançar as propriedades adequadas de um BAC, sem alterar significativamente os procedimentos de amassadura, transporte e colocação estabelecidos para o betão convencional. Os resultados obtidos foram satisfatórios e culminaram com a apresentação de uma proposta de betão autocompactável otimizada para o lançamento do produto no mercado.

Construção com painéis sanduíche de silicato de cálcio, cimento e EPS

A carência de materiais que permitam elementos estruturais leves, de elevada rigidez e resistência na indústria da construção, contribuiu para o desenvolvimento e posterior utilização de materiais compósitos, nos quais incluem-se os painéis sanduíche. Estes são aperfeiçoados e fabricados com o objetivo de obter elevada relação resistência/peso próprio, rigidez/peso próprio e outras vantagens a nível construtivo como a montagem rápida, a redução de custos e boas propriedades de isolamento. Nesta dissertação são apresentados os painéis sanduíche de silicato de cálcio, cimento e EPS, com o intuito de informar os interessados, em métodos construtivos alternativos, sobre uma solução viável, vantajosa a vários níveis e que pode ser adaptada e igualmente adequada às suas necessidades construtivas. Inicia-se com um resumo do desenvolvimento histórico até à necessidade de evolução e utilização de materiais semelhantes, seguindo-se de uma descrição mais detalhada do painel sanduíche e os seus requisitos. A nível de fabrico, sugere-se uma possível disposição de maquinaria em fábrica e pormenoriza-se o processo de fabrico até atingir o produto final. Segue-se o trajeto do painel até ao seu propósito final em obra, onde se descreve o seu processo construtivo. Explicam-se as vantagens e desvantagens dos Painéis acompanhados de vários exemplos de aplicações com sucesso. Para divulgar a qualidade e facilitar a comercialização deste produto, descreve-se detalhadamente o processo moroso da obtenção da marca que atesta a conformidade de um produto a nível europeu e mundial, a marcação CE, e a nível nacional, uma proposta de especificação técnica como comprovativo de qualidade. É ainda realizado um estudo teórico do desempenho esperado dos painéis sanduíche de silicato de cálcio, cimento e EPS, a nível acústico, térmico, a sua resistência à água e fogo, durabilidade a longo prazo e resistência dos Painéis. Por fim, demonstram-se vários pormenores construtivos que eventualmente serão utilizados em obra.

Caracterização de revestimentos de edifícios antigos

Como é de conhecimento geral as argamassas de revestimento antigas diferem das argamassas atuais, tanto na sua produção, como nos seus constituintes e até na sua resistência e durabilidade. O presente trabalho surge com o principal intuito de dissertar sobre a caraterização de algumas argamassas de revestimento e de enchimento antigas na Região Autónoma da Madeira. Desta forma foram realizados vários ensaios como a difração de raios X, a análise termogravimétrica, a determinação da percentagem do resíduo insolúvel com ataque àcido e a análise granulométrica, podendo assim ficar-se com uma ideia dos seus minerais, a quantidade de carbonato de cálcio utilizada, a quantidade de material insolúvel no ácido clorídrico e a granulometria (tamanho/dimensões) das areias. A escolha das amostras baseou-se nos critérios de maior longevidade dos edifícios, a não reabilitação destes e a possibilidade da realização do estudo dessas habitações (i.e. acessibilidade física e legal). Quanto aos ensaios efetuados, a opção de os ter utilizado prende-se com as técnicas disponíveis no Laboratório Regional de Engenharia Civil (LREC).

Reabilitação de pontes rodoviárias de betão armado

Cada vez mais na atualidade a reabilitação de obras de arte é de grande importância. Muitas dessas estruturas apresentam degradações e problemas estruturais consideráveis, no qual necessitam urgentemente de ações de reparação e de reforço para garantir um nível de segurança. Em Portugal só se deu uma maior importância à conservação e a reabilitação em obras de arte após a um colapso de uma ponte no concelho de Castelo de Paiva que levou à perda de vidas humanas. Este trabalho preocupa-se a dar a conhecer os vários tipos de patologias que poderão ocorrer na vida de uma ponte, desde da fase conceção e projeto até a fase de serviço, com o intuito de poder sensibilizar para futuras construções de pontes. De forma esquemática apresentam-se os diferentes tipos de inspeções, ensaios e monitorização, cujo através destes, consegue-se acompanhar o estado de conservação e o aparecimento de eventuais anomalias, que possam implicar possíveis restrições ao tráfego ou até mesmo o encerramento. De modo a poder garantir as condições de segurança e durabilidade das pontes de betão armado, ilustram-se algumas soluções e técnicas de reparação e de reforço, salientando que estas soluções e técnicas dependem da natureza e grau das anomalias, da necessidade ou não de manter a circulação de veículos e de fatores técnicos e económicos. De modo a poder exemplificar alguns aspetos importantes, nomeadamente, conservação, patologias, reparação e reforço estrutural, abordam-se duas obras de arte de Portugal Continental (um viaduto e uma ponte) que foram sujeitas a intervenções devido ao seu estado de degradação e a problemas estruturais. Por fim, apresentam-se algumas obras de arte pertencentes à Região Autónoma da Madeira (RAM) onde foram detetadas alguns problemas. Neste sentido, expõem-se algumas soluções às patologias abordadas no contacto visual, de forma a expor o conhecimento adquirido ao longo deste trabalho.

Avaliação económica de soluções de fachadas ventiladas para edifícios de habitação

A indústria da construção tem um papel de destaque na vida quotidiana do ser humano e por sua vez uma grande importância no desenvolvimento da atividade económica do país. A construção de novos edifícios e infraestruturas deve contribuir para uma melhoria do desempenho, durabilidade e proporcionar qualidade de vida dos seus cidadãos. O reconhecimento da importância das fachadas para o comportamento dos edifícios tem conduzido a uma crescente atenção à temática da durabilidade do ponto de vista económico, assistindo-se cada vez a uma maior necessidade da sua integração na fase da elaboração do projeto. O recurso a metodologias económicas para a previsão dos custos de vida útil das tecnologias de construção no sentido de avaliar, o seu desempenho nos edifícios, tem permitido selecionar alternativas ao nível da implementação de soluções com menor custo de manutenção e maior probabilidade de reutilização e reciclagem numa fase de desconstrução. A presente dissertação pretende contribuir para a identificação e seleção de soluções construtivas e materiais para a execução de fachadas ventiladas em paredes exteriores de edifícios, que sejam o mais compatíveis possível com os objetivos económicos nas diversas fases do ciclo de vida de um edifício. Sendo apresentadas soluções que minimizam o custo económico de investimento, manutenção e desconstrução, e que por sua vez, aumentam a qualidade de vida dos utilizadores através do melhor desempenho que essas soluções construtivas apresentam a nível funcional, arquitetónico, saúde, bemestar, conforto e responsabilidade social. Foram analisadas diversas tecnologias construtivas para fachadas-ventilada, tendo sido avaliado o seu impacte económico ao longo do ciclo de vida a que um edifício esta sujeito. O melhor cenário para fachada ventilada foi estudado, tendo em conta o desempenho económico. Espera-se assim que este trabalho contribua de forma positiva para a seleção das soluções construtivas mais económicas para a execução de fachadas ventiladas por parte dos projetistas que tenham como objetivo proporcionar as condições de conforto adequadas aos ocupantes dos edifícios, minimizando os custos económicos no decorrer do ciclo de vida do edifício.

Análise da viabilidade da aplicação do aço inoxidável na Ilha da Madeira

A grande maioria das estruturas existentes atualmente contém aço na sua constituição, seja na forma de aço estrutural, seja na forma de armaduras de betão armado. A deterioração precoce do aço destas estruturas é um fenómeno muito comum e que tem acarretado grandes custos em reabilitações e reparações. O principal fator para essa deterioração precoce é o contacto de agentes agressivos, como os cloretos, com o aço que originam a sua corrosão. Na Ilha da Madeira alguns desses agentes agressivos estão presentes em grandes quantidades, promovendo a súbita corrosão do aço, fazendo com que os custos de manutenção sejam elevados. Uma das formas de evitar a corrosão do aço é através da utilização do aço inoxidável reduzindo assim os custos com manutenções ao longo da sua vida útil. Nesta dissertação pretende-se avaliar se a utilização do aço inoxidável em vez do aço carbono na Ilha da Madeira é economicamente mais vantajosa a longo prazo. Para esse fim foram elaboradas diversas tarefas. Numa fase inicial foi realizada uma análise comparativa entre o aço carbono e o aço inoxidável em termos de propriedades gerais, comportamento mecânico e regulamentação, mas também uma pesquisa sobre as aplicações e os tipos de aço inoxidável. Numa fase seguinte foram abordados mecanismos de degradação e métodos de reparação para a corrosão. Para além disso, foram determinados os tempos de vida útil de projeto, através de modelos de degradação, e estimados cenários de degradação e manutenção. Posteriormente foram dimensionados dois tipos de estruturas (betão armado e estrutura metálica) e para dois tipos de aço (aço carbono e aço inoxidável) por forma a determinar o peso dos materiais das estruturas para apurar o seu custo. Em seguida foram realizadas as análises económicas das estruturas mencionadas anteriormente face aos cenários de manutenção anteriormente realizados. As análises recaíram sobre os custos inicias das estruturas e os custos a longo prazo, para um período de vida útil de 50 anos. Em função da análise realizada pode concluir-se que na Ilha da Madeira a utilização do aço inoxidável nas estruturas metálicas, por enquanto, não é vantajosa em termos económicos. Para as estruturas de betão armado, verificou-se também que na maioria dos casos a utilização do aço carbono é a melhor opção económica a longo prazo, exceto nas estruturas perto do mar com cimentos do tipo CEM I ou CEM II/A, em que o aço inoxidável é a melhor opção, pois embora este apresente um custo inicial superior ao do aço carbono, o seu custo total a longo prazo incluindo as reparações é inferior.

Corrosão do betão armado induzida por carbonatação e pela presença de cloretos

Este trabalho centra-se na problemática da corrosão do betão armado induzida por carbonatação e pela presença de cloretos. Após uma pequena reflexão sobre a durabilidade das estruturas de betão armado e da diminuição da sua vida útil por efeitos de corrosão, é feita uma descrição mais detalhada dos principais efeitos resultantes da carbonatação e da presença de cloretos. São identificados os factores externos e internos que influenciam o aparecimento da carbonatação e da sua progressão (profundidade) e apresentados os métodos mais correntes que permitem a quantificação e previsão deste fenómeno. São também abordadas as causas e efeitos da presença de cloretos, nomeadamente no que diz respeito aos mecanismos de transporte, aos factores que influenciam a velocidade e penetração, bem como os métodos que permitem a determinar a presença de cloretos nas estruturas. De seguida são abordados aspectos relacionados com a protecção e reabilitação de estruturas afectadas pelos dois processos de degradação, nomeadamente a utilização de técnicas electroquímicas, de revestimentos, armaduras especiais e inibidores de corrosão. Por fim, é apresentado um caso de estudo envolvendo os muros de contenção situados num complexo habitacional do concelho de Câmara de Lobos, em parte afectados pelos processos abordados no trabalho, onde são apresentados alguns resultados dos ensaios laboratoriais para a quantificação da carbonatação e o teor de cloretos. O estudo realizado permitiu tirar ilações interessantes quer sobre cada um dos processos, quer sobre o efeito conjunto da carbonatação e presença cloretos, dado que a presença da carbonatação influencia directamente a penetração de cloretos e potencia os seus efeitos. Tendo em conta a morfologia da Madeira e o facto de a construção ser feita a pouca distância do mar, pretende-se que o trabalho possa servir de apoio quer à realização de novos projectos, quer à protecção/reabilitação de estrutura.

Inspeção e reabilitação de pontes e viadutos em betão armado na R.A.M.

A presente dissertação insere-se na área da inspeção e da reabilitação de obras de arte, mais especificamente pontes e viadutos rodoviários. Uma das principais motivações para o desenvolvimento deste trabalho justifica-se pelo facto de existir na Região Autónoma da Madeira, um elevado número de obras de arte relativamente à sua área, sendo necessário cada vez mais investir em meios e conhecimento especializado na procura de formas economicamente interessantes de inspeção, diagnóstico, gestão da conservação e da monitorização dessas obras de arte. O trabalho desenvolvido teve por objetivo identificar as principais anomalias de pontes e viadutos de betão armado, e, através do auxílio fornecidos por técnicas de inspeção e monitorização, indicar intervenções preventivas e corretivas, visando assegurar a durabilidade dessas obras de arte durante as suas vidas úteis. Numa primeira fase procurou-se enquadrar os conceitos relacionados com as anomalias associadas aos elementos de betão armado enquanto material de construção, bem como na importância durabilidade. Identificou-se os agentes e os mecanismos de deterioração quer do betão e quer do aço, de forma a direcionar o estudo para as principais anomalias que podem-se verificar nos diversos componentes de uma ponte ou viaduto. A seguinte fase do trabalho consiste na identificação dos principais métodos e procedimentos necessários para efetuar-se uma correta inspeção, tendo como objetivo avaliar a natureza e a extensão das anomalias, o que possibilitará na definição de intervenções adequadas de manutenção, conservação, reabilitação ou reforço. Por fim, com base nas fichas de inspeção fornecidas pelas Betar1, fez-se análise do estado de manutenção e do estado de conservação de um conjunto de pontes e viadutos na R.A.M., bem como das anomalias mais frequentes. Elaborou-se ainda um guia de anomalias, indicando-se as principais diretrizes para a realização de inspeções em pontes e viadutos, evidenciando as anomalias que podem verificar-se com maior frequência, bem como os trabalhos recomendados para cada situação.