Efeitos estruturais das sobrecargas rodoviárias definidas das normas mais utilizadas pela engenharia portuguesa em tabuleiros vigados de betão

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Encontros em cofre de betão de pontes e viadutos

Dissertação para obtenção do Grau Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Um elemento finito fisicamente não-linear para vigas mistas aço-betão

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Caracterização de betão com terra através de provetes cilíndricos

Vive-se num mundo cada vez mais competitivo e para se alcançar o sucesso há que estar sempre a par das exigências e das últimas tendências de mercado. O sector da construção civil tem sofrido nos últimos anos um grande decréscimo da sua produção. Para dar a volta a esta fase, o lançamento de novas soluções construtivas, assente em novos materiais, tem mais do que nunca um papel preponderante. A sustentabilidade tem cada vez mais uma importância maior nos produtos lançados e, é por isso que o caminho da recuperação da construção civil passa obrigatoriamente pelo seu menor impacto ambiental. O tema desta dissertação enquadra-se perfeitamente na sustentabilidade do sector. O projecto QREN “Parede Eco-estrutural” onde está inserida, tem como objectivo o desenvolvimento de uma solução construtiva modular com base em betão para aplicação em edifícios de pequeno porte, em países com grandes necessidades habitacionais, incorporando matérias-primas autóctones. No caso específico da produção do betão, pretendeu-se avaliar, através da caracterização de provetes cilíndricos, quais as características de um betão com terra, com vista à sua redução da pegada ecológica. Pretende-se avaliar em que medida este betão surge como alternativa aos materiais tradicionais pré-fabricados. Perante o estudo realizado pode considerar-se que o betão com terra pode constituir uma alternativa viável às soluções de betão de agregado corrente, apresentando bom comportamento físico e mecânico, mantendo os traços de ligante:agregado semelhantes aos utilizados no betão corrente.

Encurvadura de colunas mistas aço-betão segundo o Eurocódigo 4

A construção mista aço-betão é uma área da Engenharia Civil em constante actualização, oferecendo diversas vantagens face à construção em betão armado e metálica. Existem vários regulamentos que tratam este tema, destacando-se o Eurocódigo 4. No presente trabalho aborda-se a verificação à encurvadura de colunas mistas segundo esta norma, incluindo o método simplificado e o geral. São desenvolvidos dois programas de cálculo para a avaliação da resistência de secções mistas duplamente simétricas à flexão composta desviada. O primeiro considera que o comportamento dos materiais é rígido-plástico e o segundo elasto-plástico não-linear. Os programas são validados por comparação com resultados encontrados na bibliografia. Estes programas constituem uma ferramenta útil para Projectistas na avaliação da resistência deste tipo de secções. Estuda-se a modelação numérica de colunas mistas, pelo método dos elementos finitos, recorrendo aos programas Adina e Ansys. Para além de exemplos de validação, apresenta-se um estudo original de uma coluna parcialmente betonada, o qual permite extrair conclusões e recomendações relativamente à aplicação das disposições regulamentares do Eurocódigo 4.

Estudo experimental do efeito da geometria da ancoragem no comportamento ao arrancamento de varão em betão

O presente estudo experimental pretende avaliar o comportamento da aderência entre varões em aço nervurado e o betão, a influência da geometria, do estado de fendilhação do betão e da presença de um varão transversal na zona de ancoragem, no comportamento desta. O bom desempenho das estruturas de betão armado depende da sua ligação e aderência entre os diferentes materiais utilizados na sua conceção, aço e betão. Foi com esse pressuposto que a presente dissertação avançou, de forma a serem estudadas as diversas geometrias e condições a que podem estar sujeitas as ancoragens. Para isso, foram elaborados e ensaiados dezasseis modelo de ancoragem: seis modelos em betão fendilhado e dez modelos em betão não fendilhado. Do estudo experimental desenvolvido, os resultados obtidos em betão não fendilhado dos ensaios de arrancamento “Pull-Out” são comparados com as recomendações NP EN 1992-1-1 [27], fib Model Code 2010 [14] e o Structural Concrete Building Code ACI 318-11 [4]. No presente estudo experimental também foi analisado o efeito da fendilhação do betão, permitindo assim compreender melhor o funcionamento e a resistência de uma ancoragem sujeita a essa situação. O efeito da presença de um varão transversal aplicado na zona do mandril foi também estudado.

Betão em massa pré-refrigeração e pós-refrigeração

Esta dissertação, na versão de relatório de actividade profissional, alicerça-se na experiência que o autor adquiriu, tanto em obra, como na definição das estratégias técnicas a implementar em fase de concurso. A presente dissertação tem como principal objectivo a abordagem da problemática da refrigeração de betões, e os princípios a ter em conta na definição das respectivas composições, sempre que grandes volumes de betonagem estão em causa (betões em massa). Dentro deste contexto, nos chamados betões em massa, são exigidas medidas que permitem controlar as temperaturas de colocação do betão (pré-refrigeração) e após betonagem (pós-refrigeração), situações que, se descontroladas, podem implicar problemas de durabilidade decorrentes de reacções expansivas internas e, ainda, fissuração generalizada provocada por elevados gradientes térmicos, decorrentes da diferença de temperatura entre o núcleo do volume betonado e a respectiva zona externa, que naturalmente está condicionada pela temperatura ambiente. Por outro lado, sem recurso a estas metodologias, as injecções das juntas de contracção entre blocos de betonagem, quando necessárias, seriam fortemente condicionadas. São apresentados exemplos onde se articulam as tomadas de decisões técnicas, decorrentes de diversos cenários, com diferentes necessidades de pré-refrigeração e pós-refrigeração, a partir dos quais se realiza uma análise critica.

Comportamento da ligação CFRP/betão em estruturas de betão armado

O presente trabalho centra-se no estudo de um sistema de reforço de estruturas de betão armado que se tem tornado bastante utilizado, o reforço com materiais compósitos. Os materiais compósitos utilizados neste estudo são polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). A ligação deste compósito aos elementos de betão é feita através de resina, neste caso utilizou-se resina epoxídica. Neste sistema de reforço é fulcral garantir que a ligação entre o compósito e o betão é a melhor possível e, por isso, no presente estudo estudou-se esta ligação através de ensaios experimentais de corte simples. Com o intuito de se perceber a influência do comprimento de laminado de CFRP colado ao substrato de betão, foram utilizados diferentes comprimentos colados nos ensaios experimentais. Utilizaram-se duas técnicas de reforço distintas, reforço com compósitos de CFRP colados exteriormente (EBR) e reforço com compósitos de CFRP colados numa ranhura feita no bloco de betão (NSM), com o intuito de se verificar a influência que a técnica de reforço pode ter na eficácia do sistema de reforço, percebendo para qual das técnicas se consegue obter uma melhor aderência entre o laminado de CFRP e o substrato de betão. Foram realizados 11 ensaios de corte simples para a técnica EBR e 8 ensaios de corte simples para a técnica NSM. Neste estudo foi também encontrada uma solução analítica que consegue descrever o comportamento completo da interface entre o material compósito e o substrato de betão. Esta solução analítica foi encontrada a partir de um modelo bond-slip não-linear. Os resultados experimentais obtidos foram analisados e o modelo analítico proposto foi validado com recurso a estudos presentes na literatura e aos resultados experimentais obtidos no presente estudo.

Modelação dos efeitos da corrosão localizada em estruturas de betão armado

O presente trabalho incide sobre o estudo e impacto da corrosão local no comportamento sísmico de estruturas de betão armado, considerando o comportamento não linear dos materiais. A motivação para a realização desta dissertação surge da necessidade de prever a resposta de elementos estruturais de betão armado corroídos e avaliar a segurança dos mesmos em relação a esta condicionante. Esta motivação é acrescida dada a localização do território português numa região de relevante atividade sísmica e exposição a ambientes salinos. A introdução de corrosão local nas armaduras de estruturas de betão armado proporciona uma diminuição substancial da tensão de cedência, e reduções elevadas da tensão e extensão últimas nos varões de aço. Esta alteração de propriedades origina uma alteração no comportamento do aço de dúctil para frágil. Para além do estudo individual de comportamento dos varões face a esta condicionante é também prevista a resposta global dos elementos estruturais de estruturas de betão armado. Neste trabalho foram realizadas duas análises numéricas distintas, recorrendo aos programas de cálculo ATENA e SeismoStruct, em pilares e pórticos de betão armado, no qual as suas armaduras longitudinais e transversais apresentam perdas de seção local de 0, 10 e 20%. As diversas metodologias adotadas na modelação material e estrutural foram ensaiadas e fundamentadas em função de resultados experimentais e numéricos obtidos por outros autores. Tendo por base os resultados obtidos dos modelos numéricos, as estruturas de betão armado foram classificadas em níveis de desempenho e dano estrutural de acordo com a percentagem de corrosão local. Para as perdas de seção analisadas, os resultados demonstraram perda na capacidade resistente das estruturas de betão armado e diminuição da ductilidade, salientando-se as perdas de seção de 20% por originarem uma rotura frágil e prematura dos elementos estruturais.

Reforço de vigas de betão armado com armaduras exteriores de FRP

A presente dissertação vem no seguimento dos estudos realizados no Departamento de Engenharia Civil da Universidade Nova de Lisboa sobre o reforço à flexão de vigas de betão armado com compósitos de CFRP (compósitos reforçados com fibras de carbono). Numa primeira fase deste trabalho foram estudadas e desenvolvidas duas novas técnicas de reforço de vigas à flexão com laminados de CFRP, às quais foram atribuídas as designações de Externally Bonded Reinforcement Anchorage (EBRA) e Horizontal Near Surface Mounted Reinforcement (HNSMR). Estes sistemas de reforço foram estudados e testados em cinco vigas de betão armado de secção transversal em T, as quais foram levadas à rotura através de ensaios à flexão tendo em conta um sistema de aplicação de carga em quatro pontos. Para diferentes historiais de carregamento (monotónicos e cíclicos) foram analisados diversos parâmetros relacionados com a capacidade de mobilização da resistência à tração dos elementos de reforço, resistência máxima dos sistemas, ductilidade dos mesmos e eficiência destes perante situações de serviço. Com isto, realizou-se um estudo comparativo entre o desempenho destes sistemas de reforço e o de duas outras técnicas já estudadas, nomeadamente, os sistemas Externally Bonded Reinforcement (EBR) e Near Surface Mounted Reinforcement (NSMR). Como complemento deste trabalho desenvolveu-se também um programa de cálculo em MATLAB, capaz de simular o problema em estudo através de um modelo numérico de análise não-linear de secções. A representatividade dos dados obtidos pelo modelo numérico foi verificada posteriormente através de uma análise comparativa entre estes e os valores experimentais obtidos.

Reforço de placas de betão armado com argamassas armadas para acções de explosão

Quando uma explosão, com origem terrorista ou acidental, ocorre perto de estruturas vulneráveis, pode causar grandes estragos e perdas de vida. Existem diversos estudos experimentais e numéricos que analisaram reforços de estruturas de betão com Polímeros Reforçados com Fibras (FRP) contra o efeito de explosivos. Apesar dos bons resultados, estas soluções são pouco económicas. Existe, portanto, a necessidade de continuar a desenvolver novos métodos mais económicos, para aumentar a resistência dos vários elementos que compõem a estrutura de um edifício contra os efeitos de explosões. Nesta dissertação estudou-se a utilização de 3 diferentes tipos de reforço em placas de betão armado. Estas placas, com 2,6x2,17 m e 12 cm de espessura, originalmente foram projectadas como painéis para fachadas de edifícios, foram ensaiadas para acções de explosões normais ao seu plano. Os reforços estudados nesta dissertação podem assim ser utilizados para reforçar lajes e paredes de betão armado de fachadas de edifícios. Os 3 diferentes tipos de reforço, com 2 cm de espessura em toda a área da face que representa o interior do edifício, têm como base uma calda de cimento. A sua diferença está no tipo de armadura utilizada. Na solução A, é utilizada uma malha distendida galvanizada em aço. Nas soluções B e C são utilizadas fibras de aço contínuas. Estudos recentes desenvolveram e caracterizaram esta Calda Reforçada com Fibras Unidirecionais (CRFU) [1] [2]. Este compósito diverge face aos outros, desenvolvidos até então, por ser reforçado com uma manta não-tecida de fibras de aço contínuas e unidireccionais. Nesta dissertação, esta Calda Reforçada com Fibras Contínuas de aço é utilizada como reforço contra os efeitos de uma explosão nas soluções B e C. Na solução B, é utilizado 1% de fibras na direcção do vão, e na solução C, é utilizado 0,5 % de fibras em direcções ortogonais. Para ensaio experimental foram preparadas 4 placas de betão armado: três com os reforços já mencionados e uma sem reforço, como referência. Estas placas foram ensaiadas, simplesmente apoiadas em dois bordos paralelos, com um vão livre de 2,3 m. A placa A não foi ensaiada por rotura do modelo aquando da sua montagem. A placa C foi utilizada num ensaio preliminar com o objectivo de testar o sistema de ensaio. No primeiro ensaio desta placa, foram utilizados 2n kg de TNT a 3 m de distância, não provocando qualquer dano na placa. No segundo ensaio foram utilizados 8 kg de TNT a 2 m de distância, levando a placa à rotura. A placa B e a placa de referência foram ensaiadas com 8 kg de TNT a 3 m de distância. Os resultados mostram que os danos na placa reforçada diminuíram cerca de 40%.

Percolação na fundação de barragens de betão: infuência das cortinas de impermeabilização e de drenagem

A caracterização das pressões da água na base de uma barragem é um requisito fundamental para garantir a sua segurança. A utilização de dispositivos de dissipação de energia, tais como cortinas de impermeabilização e cortinas de drenagem, visam contribuir para a diminuição dos efeitos da pressão da água. Esta dissertação pretende contribuir para a compreensão da importância das cortinas de impermeabilização e de drenagem no controlo da carga hidráulica, do caudal e do gradiente de saída. É feita uma breve análise à forma de funcionamento destes dispositivos e descreve-se as soluções analíticas de Ijam (2011), para resolver um modelo com cortina de impermeabilização, e de Andrade (1982), para resolver um modelo com cortina de drenagem. As soluções analíticas obtidas com estes modelos são comparadas com os resultados obtidos num programa de cálculo automático, servindo estes modelos base as análises realizadas nos restantes capítulos. Procede-se a uma análise paramétrica para estudar os efeitos do comprimento, inclinação, posição e permeabilidade da cortina de impermeabilização e de um sistema constituído por cortinas de impermeabilização e de drenagem. Quando aplicável, efetuam-se comparações com outros autores. Analisam-se os resultados obtidos de modo a avaliar por um lado, os efeitos da introdução de uma cortina de impermeabilização para as diferentes situações e, por outro, o efeito acrescentado da introdução de cortina de drenagem quando existe uma cortina de impermeabilização. Tiram-se ainda algumas conclusões sobre as melhores relações a adotar para cada caso.

Modelos para a quantificação da deformação em vigas de betão armado

Na presente dissertação estudaram-se diferentes métodos de cálculo usados para a determinação da deformação (curvatura, rotação, extensão e flecha) em vigas de betão armado. Estudou-se o método de cálculo dito “exato”, método de integração numérica, e comparou-se os resultados obtidos por este método com aqueles ditos simplificados, dos quais se dá particular destaque ao método da secção determinante. Apresenta-se também uma análise comparativa de resultados experimentais obtidos em laboratório com os resultados teóricos, obtidos pela aplicação do método de integração numérica. Estudou-se igualmente a influência que certos parâmetros, como é o caso da fendilhação, fluência, retração e resistência à compressão do betão, têm na deformação de vigas de betão armado. O estudo da deformação foi efetuado considerando três tipos de secção: retangular, em T e em I. Por último o autor implementou um programa de cálculo em VBA Excel com o objetivo de quantificar os parâmetros da deformação em vigas de betão armado com secções: retangular, em T e em I, pela aplicação do método de integração numérica, de acordo com a norma EN 1992-1-1.

Simulação numérica do comportamento termomecânico do envolvimento em betão da espiral de uma turbina hidroelétrica

Em grandes massas de betão, a natureza exotérmica das reações de hidratação do cimento promove uma forte elevação da temperatura. A baixa condutibilidade térmica do betão induz o aparecimento de consideráveis gradientes de temperatura, que caso não sejam controlados podem originar a fendilhação do betão nas primeiras idades. O presente artigo contém a análise termomecânica do envolvimento em betão da espiral de uma turbina de uma barragem, com vista à avaliação do risco de fendilhação térmica daquele material. O estudo inclui a monitorização in-situ de temperaturas e extensões, bem como a caraterização laboratorial do betão.