Internal curing in cement-based materials

O desenvolvimento de betões de elevado desempenho, durante o início da década de 80, revelou que este tipo particular de materiais com base em cimento é susceptível a problemas de cura. São bem conhecidos os efeitos dos fenómenos autogéneos em sistemas de elevado desempenho com base em cimento, nomeadamente a fissuração em idade jovem. Esta é, aliás vista como a maior limitação no desenvolvimento de novos materiais com durabilidade superior. Desenvolvimentos recentes de métodos de cura interna provaram ser uma boa estratégia de mitigação dos efeitos da auto-dissecação destes sistemas, onde a presente tese ganha o seu espaço no tempo. Este estudo centra-se essencialmente em sistemas de elevado desempenho com base em cimento com cura interna através de partículas superabsorventes, dando particular importância à alteração de volume em idade jovem. Da análise mais aprofundada deste método, resultam algumas limitações na sua aplicabilidade, especialmente em sistemas modificados com sílica de fumo. Conclui-se que a natureza física e química dos polímeros superabsorventes pode afectar significativamente a eficiência da cura interna. Em adição, os mecanismos de cura interna são discutidos mais profundamente, sendo que para além dos mecanismos baseados em fenómenos físicos e químicos, parecem existir efeitos mecânicos significativos. Várias técnicas foram utilizadas durante o decorrer desta investigação, com o objectivo, para além da caracterização de certas propriedades dos materiais, de perseguir as questões deixadas em aberto pela comunidade internacional, relativamente aos mecanismos que fundamentam a explicação dos fenómenos autogéneos. Como exemplo, são apresentados os estudos sobre hidratação dos sistemas para avaliação do problema numa escala microscópica, em vez de macroscópica. Uma nova técnica de cura interna emerge da investigação, baseada na utilização de agregados finos como veiculo para mitigar parcialmente a retracção autogénea. Até aqui, esta técnica não encontra par em investigação anterior, mas a extensão da cura interna ou a eficácia na mitigação baseada neste conceito encontra algumas limitações. A significância desta técnica em prevenir a micro fissuração é um aspecto que está ainda em aberto, mas pode concluir-se que os agregados finos podem ser benéficos na redução dos efeitos da restrição localizada no sistema, reduzindo o risco de micro fissuração. A utilização combinada de partículas finas de agregado e polímeros super absorventes pode ter como consequência betão sem microfissuração, ou pelo menos com nanofissuração.

Automatização do dimensionamento de elementos estruturais em betão armado com GFRP

A presente dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de uma aplicação informática para automatização do dimensionamento de elementos de betão armado com GFRP, através da utilização de guias e normas existentes. O documento elaborado apresenta uma breve síntese da situação atual do estado do conhecimento (estado da arte) nesta temática, uma abordagem aos conceitos de dimensionamento, de elementos estruturais baseados em documentos normativos, e alguns conceitos sobre a programação efetuada, quer através da descrição das metodologias quer por esquematização em figuras. Neste documento é, também, descrito o funcionamento geral do programa, exemplos de aplicação prática e breves considerações sobre o trabalho desenvolvido. A aplicação efetua o cálculo de vigas e lajes de acordo com o guia do Committee 440 do American Concrete Institute, ACI 440.1R-06 – “Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars”, bem como através de uma análise não linear, como descrito na norma NP EN 1992: Eurocódigo 2 – “Projecto de estruturas de betão”. Foram ainda realizados cálculos para determinação de diagramas de interação de flexão composta, com pares de esforços axiais e de flexão, utilizados para o dimensionamento de colunas. No final do desenvolvimento da aplicação o programa foi testado com exemplos de dimensionamento, para que fosse possível realizar uma análise crítica aos resultados obtidos e ao próprio modo de funcionamento da aplicação.

Automatização do dimensionamento de elementos estruturais em betão armado com GFRP

A presente dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de uma aplicação informática para automatização do dimensionamento de elementos de betão armado com GFRP, através da utilização de guias e normas existentes. O documento elaborado apresenta uma breve síntese da situação atual do estado do conhecimento (estado da arte) nesta temática, uma abordagem aos conceitos de dimensionamento, de elementos estruturais baseados em documentos normativos, e alguns conceitos sobre a programação efetuada, quer através da descrição das metodologias quer por esquematização em figuras. Neste documento é, também, descrito o funcionamento geral do programa, exemplos de aplicação prática e breves considerações sobre o trabalho desenvolvido. A aplicação efetua o cálculo de vigas e lajes de acordo com o guia do Committee 440 do American Concrete Institute, ACI 440.1R-06 – “Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars”, bem como através de uma análise não linear, como descrito na norma NP EN 1992: Eurocódigo 2 – “Projecto de estruturas de betão”. Foram ainda realizados cálculos para determinação de diagramas de interação de flexão composta, com pares de esforços axiais e de flexão, utilizados para o dimensionamento de colunas. No final do desenvolvimento da aplicação o programa foi testado com exemplos de dimensionamento, para que fosse possível realizar uma análise crítica aos resultados obtidos e ao próprio modo de funcionamento da aplicação.

Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas de solo reforçado com geossintéticos : solo granular versus fino

As estruturas de solo reforçado com geossintéticos são normalmente constituídas por solos granulares com boas propriedades físicas e mecânicas. O uso de apenas este tipo de solos pode proporcionar o aumento, por vezes insustentável, do custo da execução das estruturas e o aumento do seu impacto ambiental. Deste modo, as estruturas de solo reforçado perdem a sua vantagem competitiva em relação a outros tipos de estruturas (muros de betão, muros de gravidade, muros de gabiões, etc.). Para resolver este problema podem ser utilizados outros tipos de solos (solos locais, finos, com propriedades físicas e mecânicas piores mas, no entanto, mais baratos) para a execução deste tipo de estruturas. De forma geral, com este estudo pretendeu-se contribuir para o incremento do conhecimento sobre a utilização de solos finos para a construção de estruturas de solo reforçado (muros e taludes). Para tal avaliaram-se as diferenças no comportamento mecânico dos materiais compósitos (solo granular reforçado versus solo fino reforçado) e das estruturas de solo reforçado constituídas com os dois tipos de solos. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar: a influência de vários parâmetros nas propriedades mecânicas e na capacidade de carga dos solos reforçados com geossintéticos; a influência de vários parâmetros no dimensionamento das estruturas de solo reforçado; e o comportamento das estruturas dimensionadas (incluindo a estabilidade global e a influência do processo construtivo) recorrendo a uma ferramenta numérica (PLAXIS). Para cumprir os objetivos propostos foram realizadas análises experimentais em laboratório (análise do comportamento do solo reforçado através de ensaios triaxiais e de California Bearing Ratio) e análises numéricas (dimensionamento de estruturas de solo reforçado; modelação numérica do comportamento através de uma ferramenta numérica comercial com o método dos elementos finitos). Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o comportamento mecânico e a capacidade de carga do solo foram incrementados com a inclusão das camadas de geossintético. Este efeito variou com os diversos parâmetros analisados mas, de forma geral, foi mais importante no solo fino (solo com propriedades mecânicas piores). As análises numéricas mostraram que as estruturas de solo fino precisaram de maior densidade de reforços para serem estáveis. Além disso, as estruturas de solo fino foram mais deformáveis e o efeito do seu processo construtivo foi mais importante (principalmente para estruturas de solo fino saturado).

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.

Formulação e análise de desempenho de UHPC reforçado com fibras não metálicas

A evolução dos betões, na procura de estruturas com um maior tempo de vida útil, melhor desempenho ou menores custos de manutenção, tem sido alvo de pesquisa por investigadores de todo o mundo. Neste sentido, o desenvolvimento dos betões de ultra-elevado desempenho (UHPC – Ultra High Performance Concrete), permitiu, desde o seu desenvolvimento inicial, uma multiplicidade de aplicações quer a nível estrutural ou arquitetónico, aportando a estes elementos, vantagens características deste material de construção. No entanto, e particularizando um dos seus constituintes, a aplicação tradicional de fibras metálicas na composição de UHPC, poderá originar alguns fenómenos indesejados de perda de durabilidade, nomeadamente por corrosão destas. Por consequência, julga-se pertinente encontrar alternativas a este componente, de forma a que se obtenha um nível de desempenho semelhante, diminuindo o risco de ocorrência dos fenómenos anteriormente referidos. Neste sentido, o estudo que aqui se apresenta, visa efetuar uma breve abordagem à aplicação de fibras em materiais alternativos tais como fibra de vidro ou fibra de polipropileno. Serão analisadas algumas propriedades em estado fresco e endurecido de várias misturas de betão, com diferentes aplicações de fibras, quer em tipo, quer em dosagem.

Caracterização de concreto reforçado com fibras pela técnica de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X

Nesta dissertação de Mestrado do programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Materiais é apresentado um estudo para a caracterização do concreto reforçado com fibras de polipropileno e de aço pela análise das imagens de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X (μCT). Foram produzidos corpos de prova de concreto para determinar a sua resistência mecânica à compressão. As imagens foram obtidas no sistema Skyscan, modelo 1174, reconstruídas e analisadas. Foi possível observar na análise das imagens a estrutura da fibra de aço dispersa na matriz do concreto e quantificá-las pelo programa de análise de imagens Ctan e perceber um ganho na resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras. Não foi feito a quantificação das amostras de fibras de polipropileno dispersas na matriz de concreto, mas foi observada a presença de aglomerados dessa fibra que resultaram na perda da resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras.

Avaliação das propriedades mecânicas e microestrutura de um ionómero de vidro experimental reforçado com nano partículas

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

Desenvolvimento e avaliação de um sistema de monitorização da corrosão electroquímica no betão armado

O presente trabalho teve como principal objectivo desenvolver e avaliar o desempenho de um sistema de monitorização da corrosão no betão armado. Para tal foram construídos dois provetes de classe 20/25, e outros dois de classe 30/35. Dentro desses quatro provetes foram instalados sensores de corrosão designados por Monicorr. Para cada classe de betão utilizaram-se dois tipos diferentes de contaminação, designadas por A e B. A contaminação do tipo A é feita adicionando durante a amassadura do betão uma solução aquosa de cloreto de cálcio a 4% em massa de cimento e sujeitando esses provetes a ciclos de condensação de 50h, durante um período de 1000h. A contaminação do tipo B é feita sujeitando os outros dois provetes de classes diferentes a ciclos de 100h de nevoeiro salino a 3% em massa de água, durante um período de 2000h. Para avaliar o desempenho do sistema de monitorização Monicorr foram comparados os valores da velocidade de corrosão instantânea por LPR, a resistividade do betão e o potencial de corrosão da armadura, obtidos pelo sistema Monicorr, com os obtidos por aparelhos utilizados para o mesmo efeito em laboratório. Paralelamente, estudou-se também a variação do potencial de corrosão da armadura em função da área oxidada. Para além disso desenvolveu-se um conjunto de pseudo referências de grafite dopada com diferentes percentagens de cimento e avaliou-se a sua estabilidade relativamente ao eléctrodo de calomelanos e óxido de managanês manganês em soluções de hidróxido de cálcio saturada e de betão armado contaminado com sais cloreto. Finalmente foram ainda desenvolvidas duas tarefas, a primeira relacionada com os resultados obtidos na medição da resistividade do betão armado pelas técnicas de dois pinos e quatro pinos, e a segunda com o desenvolvimento de um método rápido de contaminação do betão armado com dióxido de enxofre. Os resultados obtidos permitem concluir que: - o sistema de monitorização Monicorr apresenta um comportamento muito semelhante aos utilizados em laboratório para medir grandezas como o potencial de corrosão da armadura, resistividade do betão e velocidade de corrosão instantânea por LPR; - a monitorização das três grandezas atrás referidas pode ser uma ferramenta importante para permitir saber qual é o desenvolvimento corrosivo de uma estrutura de betão armado; os eléctrodos de grafite dopada com cimento apresentam uma elevada estabilidade nos meios testados tendo um desempenho muito semelhante à referência de manganês óxido de manganês para os mesmos meios. Relativamente à influência da área oxidada no potencial de corrosão da armadura não foi possível tirar conclusões. Foi possível, também, concluir que existe uma clara concordância entre as medições da resistividade do betão utilizando o método dos dois pinos e o método dos quatro pinos. Finalmente pode-se concluir que a metodologia desenvolvida para contaminar provetes de betão com iões sulfato obtém bons resultados ao fim de, apenas, 48h de contaminação.

Integrated coastal geoengineering approach for maritime environments

This dissertation introduces several methodological approaches which integrate a proposed coastal management model in an interdisciplinary perspective. The research presented herein is displayed as a set of publications comprising different thematic outlooks. The thesis develops an integrated coastal geoengineering approach which is intrinsically linked to the studied maritime environments. From sandy coasts and marine works to rocky platforms and sea cliffs, this study includes field work between Caminha – Figueira da Foz (NW Portugal) and Galicia (NW Spain). The research also involves an analysis and geological-geotechnical characterisation of natural rock (armourstone) and artificial units (concrete blocks) applied to coastal structures. The main goal is to contribute to the characterisation and re-evaluation of georesources and to determine armourstone suitability and availability from its source (quarry). It was also important to diagnose the geomaterials in situ concerning their degradation/deterioration level on the basis of the current status of the coastal protection works in order to facilitate more efficient monitoring and maintenance, with economic benefits. In the rocky coast approach the coastal blocks were studied along the platform, but also the geoforms were studied from a coastal morphodynamics point of view. A shoreline evolution analysis was developed for sandy coasts through Digital Shoreline Analysis System (DSAS) extension. In addition, the spatial and statistical analysis applied to sea cliffs allowed the establishment of susceptibility zones to erosion and hazardous areas. All of these studies have different purposes and results however, there is a common denominator – GIS mapping. Hence, apart from the studied coastal environment, there is an integrated system which includes a sequence of procedures and methodologies that persisted during the research period. This is a step forward in the study of different coastal environments by using almost the same methodologies. This will allow the characterisation, monitoring and assessment of coastal protection works, rocky coasts, and shore platforms. With such data, it is possible to propose or recommend strategies for coastal and shoreline management based on several justifications in terms of social, economic, and environmental questions, or even provide a GIS-based planning support system reinforced by geocartographic decisions. Overall the development of the applied cartography embraces six stages which will allow the production of detailed maps of the maritime environment: (1) high-resolution aerial imagery surveys; (2) visual inspection and systematic monitoring; (3) applied field datasheet; (4) in situ evaluation; (5) scanline surveying; and (6) GIS mapping. This thesis covers fundamental matters that were developed over the course of scientific publication and as a consequence they represent the results obtained and discussed. The subjects directly related to the thesis architecture are: (i) cartography applied to coastal dynamics (including an art historical analysis as a tool to comprehend the coastal evolution and the littoral zone); (ii) georesources assessment (the role of cartography in georesources zoning, assessment and armourstone durability); (iii) coastal geoengineering applications and monitoring (Espinho pilot site in NW Portugal as an experimental field); (iv) rocky coast and shore platform studies and characterisation; (v) sandy and mixed environment approaches; (vi) coastal geosciences GIS mapping and photogrammetric surveying (coastal geoengineering); and (vii) shoreline change mapping and coastal management strategies (the CartGalicia Project as an example – NW Spain). Finally, all of these thematic areas were crucial to generate the conceptual models proposed and to shape the future of integrated coastal coastal geoengineering management.

Estudo experimental da aplicação de pré-esforço orgânico em cimbres autolançáveis

O presente artigo descreve o estudo experimental dum modelo reduzido de um cimbre autolançável reforçado com recurso à tecnologia de pré-esforço orgânico (OPS). Analisam-se os resultados obtidos e comprova-se que este sistema confere aos cimbres um significativo aumento da capacidade de carga, reduzindo simultaneamente as flechas de serviço. Confirmase também a exequibilidade técnica do sistema.

Simulação numérica na avaliação da fiabilidade de estruturas de betão armado

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para a avaliação da fiabilidade de estruturas de betão armado. A metodologia recorre a uma simulação numérica pelo método de Monte Carlo, com adopção de uma técnica de amostragem estratificada de redução de variância, vulgarmente designada por hipercubo latino, para a obtenção da probabilidade de não ser excedido o estado limite último em causa. Aplicou-se a metodologia a um caso prático.

Aplicação de algoritmos genéticos na optimização de secções de vigas de betão armado

A generalidade dos problemas de ordem prática no domínio do dimensionamento das estruturas incluem variáveis discretas. Os métodos matemáticos tradicionais apresentam dificuldades na procura dos óptimos globais em problemas não lineares discretos. Os algoritmos genéticos constituem uma heurística eficaz na optimização de sistemas estruturais que envolvem variáveis discretas e contínuas. No presente trabalho, descreve-se uma metodologia que visa a optimização da forma geométrica da secção, do dimensionamento e colocação das armaduras em vigas de betão armado, com recurso a algoritmos genéticos. Apresenta-se um exemplo de aplicação da metodologia proposta.

Sistema de fundações para postes de catenária com betão com pré-colocação de agregados (PAC)

Trabalho de Projecto de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Projecto de execução de estruturas e fundações de uma obra de arte corrente em betão armado e pré-esforçado

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.