Caracterização da aderência de varões nervurados sujeitos a ações repetidas e alternadas

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil, especialidade de Estruturas, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia. A presente dissertação foi preparada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, no âmbito do protocolo existente entre a FCT e o LNEC.

Aderência de varões nervurados sujeitos a esforços de compressão

O presente trabalho surge na continuação do trabalho realizado pela autora Ana Sofia Louro na sua dissertação de Doutoramento. Após análise efetuada ao seu trabalho e pesquisa bibliográfica, é notória a necessidade de melhor se compreender os efeitos resultantes de esforços de compressão na aderência, para que se possa comparar com o verificado nas situações de tração, levando a uma melhor compreensão das diferentes variáveis e do seu papel nas diferentes situações. Para tal estudo, utilizaram-se os provetes remanescentes do trabalho da autora, e foi traçado um plano de ensaios que permitisse compreender os fenómenos da ligação. Os provetes visam simular uma ligação viga-pilar, na medida em que é um dos locais onde ocorrem maiores solicitações na ligação entre os dois materiais. Os provetes foram executados com betões C30/37 e C50/60, e os varões com aço do tipo A500NR SD com 16 e 25 mm de diâmetro, de modo a obter resultados representativos das construções em Portugal. Durante os ensaios ocorreram problemas de encurvadura nos provetes com betões de maior resistência. Ainda assim, quando analisados os resultados de compressão e comparados com os ensaios de tração, foi possível verificar e concluir que a resistência do betão continua a assumir o papel de maior importância na ligação uma vez que a variação da resistência do betão conduziu a diferenças mais relevantes nas restantes variáveis.

Teor crítico de cloretos para iniciação da corrosão do aço no betão

Este trabalho tem como objectivo a determinação do teor crítico de cloretos no betão, ou seja, o teor de cloretos à profundidade da armadura que é necessário para sustentar uma quebra localizada do filme de passivação e, por isso, iniciar a corrosão activa. Uma vez que não existe consenso quanto ao seu valor, este trabalho pretendia dar um contributo no estudo deste parâmetro, utilizando um procedimento que modele realisticamente a corrosão das armaduras em estruturas de betão armado expostas directamente a água do mar. Realizaram-se três séries de testes com cimentos de fontes diferentes. Utilizaram-se varões nervurados e incorporados no betão. Os iões cloreto foram introduzidos por absorção capilar e difusão e a despassivação foi detectada por medição do potencial de corrosão do aço. O teor crítico de cloretos foi determinado em relação à massa de cimento por titulação potenciométrica obtendo-se para a amassadura 1 um intervalo entre 1.0% e 1.6%, para a amassadura 2, um teor entre 0.5% e 0.9% e para a amassadura 3 obtiveram-se teores críticos entre 0.6% e 1.0%. Comparando com o teor máximo de cloretos definido pela norma NP EN 206-1, 0.4%, conclui-se que este valor não é conservador e é um valor para o qual efectivamente ainda não se iniciou a corrosão por cloretos podendo ser utilizado em modelos de previsão do início da corrosão das armaduras. Verificou-se que a não protecção dos varões nas amassaduras, principalmente na amassadura 1, levam a uma maior acessibilidade de oxigénio, provocando “crevice” e corrosão na armadura exposta ao ar, levando a teores críticos de cloretos erróneos. Efectuaram-se registos fotográficos e observações à lupa das armaduras bem como micrografias em MEV e microanálises por dispersão de Raios-X no betão adjacente à armadura. Verificou-se a existência de produtos de corrosão na armadura os quais continham iões cloreto.

Caracterização da resistência dinâmica na soldadura por resistência por pontos de varões de aço A500EL

A soldadura por resistência por pontos (SRP) é um processo que está implementado num campo diversificado de indústrias e envolve uma vasta gama de materiais, sendo um dos processos mais usados na ligação de chapas de metais. Existe uma vasta bibliografia deste processo relativamente à sua aplicação em chapas, contudo é praticamente inexistente em relação à aplicação em varões. A indústria de redes eletrossoldadas é uma das áreas onde este processo de soldadura é empregue em varões. A SRP é um processo extremamente rápido e a sua monitorização é muito importante para estimar a qualidade da soldadura. A monitorização da resistência dinâmica é uma das formas mais fidedignas de monitorizar o processo. A parte experimental deste trabalho foi conduzida em ambiente industrial, na Codimetal Industries, SA. Neste estudo foram soldados varões de aço A500 EL com diâmetros de 6 mm e 8 mm onde se variou a intensidade da corrente e força de aperto por forma a analisar a variação da resistência dinâmica em função da força de aperto no processo de soldadura por resistência por pontos na produção de redes eletrossoldadas. Os resultados deste trabalho constituem um contributo para a consolidação do conhecimento nesta área específica, pela verificação e quantificação da importância da relação entre a resistência dinâmica e a força de aperto. Com efeito, a resistência dinâmica tende a diminuir com o aumento da força de aperto e da intensidade de corrente. Verificou-se ainda que a área deformada tende a aumentar com o aumento do número de ciclos de soldadura, com a intensidade da corrente e com a força de aperto, e que maiores deformações nos varões conduzem a menores resistências dinâmicas. O diâmetro dos varões é também um factor determinante na análise da influência dos parâmetros de soldadura por resistência por pontos na qualidade da soldadura. Finalmente concluiu-se que o comportamento das curvas de resistência dinâmica é diferente na soldadura de varões quando comparado com as das chapas.

Varões entrançados de material compósito com capacidade de monitorização

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

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.

Modelação e estudo paramétrico do comportamento de vigas de betão armado com Varões de GFRP

A introdução de um novo material para a execução de estruturas, implica um amplo estudo sobre o mesmo, para que seja aceite como um material de utilização, ou solução, corrente na engenharia civil. Os varões plásticos reforçados com fibra de vidro, GFRP,apresentam-se com diversas vantagens para uma solução de substituição das tradicionais armaduras de aço no betão armado. Um Estado da Arte foi apurado para determinar o ponto de situação do conhecimento e dos estudos realizados por vários autores, desde o início das pesquisas até aos mais recentes estudos disponíveis. Neste seguimento, o presente estudo incide na análise do comportamento à flexão de vigas contínuas de betão armado com varões de GFRP, submetidas a um carregamento distribuído. O trabalho realiza-se com base em 18 modelos de elementos finitos para uma análise paramétrica, sendo os parâmetros estudados, o vão, a percentagem de armadura de flexão e a esbelteza da secção. Para validação do modelo foram, modeladas 7 vigas reais ensaiadas no âmbito de trabalhos de investigação de dois autores Os resultados das modelações das análises paramétricas foram comparados com uma análise elástica e uma análise plástica, utilizando a metodologia do ACI 440.1R-06, para a carga última de dimensionamento. Outras comparações foram feitas através dos limites de deformação do EN 1992-1-1, 2004. Analisa-se a distribuição de esforços, não elásticos, devido à perda de rigidez da viga. Os modelos das vigas mais esbeltas e com menor percentagem de armadura mostraram maior concordância com a análise realizada. As deformações comparadas com o limite L/250 mostram concordância de resultados.

Aderência de varões GFRP no betão

A utilização de varões de fibra de vidro (GFRP) em alternativa ao aço em estruturas de betão armado representa uma mais-valia no que respeita a ambientes agressivos, nomeadamente ambientes altamente corrosivos. No entanto a elevada flexibilidade e o comportamento elástico até à rotura levam a comportamentos distintos no que se refere ao seu dimensionamento. A sua aceitação no universo da construção está dependente de uma melhor compreensão do comportamento estrutural deste material. Desta forma a aderência constitui um dos aspetos mais básicos do comportamento estrutural, visto que representa a qualidade da transmissão de tensões das armaduras para o betão. Este parâmetro representa um fator determinante para o cálculo do comprimento de amarração nos códigos de dimensionamento. De acordo com o exposto, esta dissertação tem como objetivo o estudo do comportamento da aderência entre o betão e os varões GFRP. O programa experimental é constituído por dois tipos de ensaio, 18 ensaios de arrancamento com longo comprimento de ancoragem e 18 ensaios com curto comprimento de ancoragem, com intuito de avaliar a influência do diâmetro, do comprimento embebido e do material do varão no comportamento da aderência. Observou-se que as tensões desenvolvidas pelos varões GFRP, num ensaio de tração pura, diminuem consoante o diâmetro do varão aumenta. As tensões de aderência média diminuem com o aumento do comprimento embebido de varão. Os comprimentos de ancoragem ótimos dos varões GFRP aumentam consoante o aumento do diâmetro do varão, no entanto este valor representa cerca de 27 diâmetros do varão em causa. A nível local, verificou-se que as tensões de aderência aumentam conforme o aumento do diâmetro e que as tensões de aderência observadas nos varões GFRP são inferiores aquelas registadas nos varões de aço. Os resultados demonstraram que o confinamento dos provetes é um fator determinante no desenvolvimento de elevadas tensões, principalmente nos varões GFRP de maiores diâmetros, este fator deverá ser tido em conta em trabalhos experimentais futuros.

Analisi geochimica ed ambientale di sedimenti ed acque del lago di Veovaca (Vares- Bosnia ed Erzegovina)

Il lavoro svolto nella zona di Vareš, in particolare nella zona del lago di Veovača ha investigato diverse matrici ambientali (sedimenti, suoli, acque) per valutare le loro caratteristiche e la loro qualità. Nella zona è stata presente in passato attività estrattiva e di lavorazione dei minerali estratti, da qui la necessità di questo studio esplorativo. Il lavoro svolto si divide in tre fasi: campionamento, svolto in quattro giorni passati in campagna; analisi dei campioni raccolti e interpretazione dei risultati. Sono state campionate acque e sedimenti in punti interni al lago, altri in corrispondenza delle sue sponde e punti lungo la diga. Sul materiale solido sono state svolte analisi di spettrometria di fluorescenza a raggi X, mentre sulle acque sono state applicate tecniche di spettrometria di assorbimento atomico (AAS), spettrometria di emissione al plasma induttivamente accoppiato (ICP-AES) e cromatografia ionica oltre che a misure di parametri chimico-fisici in campo. Sono stati poi valutati i risultati, attraverso il confronto con banche dati di riferimento ed elaborazioni statistiche e grafiche. Si tratta di uno studio preliminare effettuato su un piccolo numero di campioni e perciò solo indicativo e non in grado di fornire risposte definitive sulla condizione ambientale dell'area. Tuttavia queste prime informazioni consentono di delineare un quadro nel quale future indagini potranno approfondire aspetti e problemi critici per la qualità ambientale.

Historia del Santuario de nuestra señora del Monte sobre Vares /

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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.

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.

Optimização da colagem em reforços estruturais por meio de pós-cura

A reparação ou substituição de elementos degradados em estruturas de madeira em serviço pode em alguns casos ser feita com a introdução de próteses de madeira nova, ligadas à madeira existente através de chapas ou varões colados. Esta abordagem apresenta-se como uma alternativa eficiente e rápida, que permite muitas vezes a manutenção de estruturas que seriam de outro modo substituídas ou profundamente alteradas, com técnicas mais intrusivas. Nestas intervenções são geralmente usadas colas epoxídicas, por serem as mais adequadas à execução de colagens em obra. O principal inconveniente destas colas é o facto de serem bastante sensíveis a temperaturas de serviço elevadas, resultando na redução da resistência e da rigidez das juntas coladas. No entanto, estudos anteriores realizados no LNEC mostraram que a resposta das colas epoxídicas à temperatura pode ser melhorada com o aumento da temperatura durante o processo de cura ou com a pós-cura das juntas de madeira coladas. Na presente dissertação foi desenvolvido e testado um novo método capaz de aplicar regimes de pós-cura a juntas coladas em obra, baseado na incorporação de resistências eléctricas na linha de cola. Foram também verificados os efeitos de diferentes regimes de cura na resistência de ligações coladas de madeira de Espruce realizadas com colas epoxídicas. O desempenho das juntas coladas foi avaliado através de ensaios de corte realizados à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas, dentro da gama de temperaturas se serviço previstas, por exemplo, em coberturas. Os resultados mostraram a viabilidade do método proposto e confirmaram os efeitos benéficos da pós-cura aplicada desta forma a ligações coladas de madeira com colas epoxídicas.