Ensaio de restrição axial controlada para caraterização do ...selco/wp-content/uploads/2014/02/... · Figura 3.25 – Molde do provete “dummy” instrumentado com um sensor

União Europeia – Fundos Estruturais Governo da República Portuguesa

PROJECTOS DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO

RELATÓRIO REFERENTE AO PROJECTO

PTDC/ECM/099250/2008

“Comportamento em serviço de estruturas de betão: uma abordagem

multi-física das tensões auto-induzidas”

Ensaio de restrição axial controlada para caraterização do

betão tracionado devido à retração impedida

Autores:

Luís Teixeira

Luís Leitão

Rui Faria

Miguel Azenha

Porto, FEUP, 2012

i

Resumo

O betão é um material compósito cujo historial de tensões se inicia logo após a

betonagem, instante em que têm início reações exotérmicas ligadas à hidratação do

cimento, que asseguram o desenvolvimento de uma estrutura porosa responsável pelo

crescimento da resistência do material. Em simultâneo, processos físico-químicos

ligados à hidratação do cimento e às interações do betão com o ambiente são

responsáveis por deformações autoinduzidas, com origem térmica ou associadas à

retração. Sob restrições parciais ou totais estas deformações induzem estados de tensão,

que em serviço limitam a capacidade do betão na resistência a trações adicionais,

podendo gerar fissuração. Apesar da crescente atenção dedicada pelos mais recentes

códigos de projeto, como é o caso do Eurocódigo 2 - Parte 1, ao comportamento em

serviço das estruturas de betão, o conhecimento sobre esta temática está ainda longe de

estar consolidado na Engenharia Civil. Além disso, a resposta do betão sob ação da

retração é ainda pouco conhecida, seja devido à relaxação das trações sob deformações

restringidas e ao papel da humidade no desenvolvimento das extensões locais. A

previsão das tensões e da fissuração no betão desde a betonagem e sob condições de

serviço, tomando em consideração a retração, as deformações térmicas nas primeiras

idades e a evolução das propriedades mecânicas, é, portanto, um assunto essencial. O

presente trabalho está inserido no projeto PTDC/ECM/099250/2008 liderado pelo

LABEST/FEUP e visa contribuir para ultrapassar esta insuficiência de conhecimento, e

descreve o desenvolvimento de um equipamento com o objetivo de caracterizar

adequadamente o comportamento viscoelástico do betão, quando este se encontra

solicitado à tração por efeito da retração. É um sistema concebido para ensaiar betão,

que permite efetuar o controlo em força ou em deslocamento através da solicitação dos

varões que armam o provete. O betão é consequentemente tracionado através da

transferência de tensões entre os dois materiais, resultante da aderência existente na

interface betão/armaduras que origina o desenvolvimento de tensões tangenciais. A

relaxação das tensões de tração devidas à fluência sob estados de tração induzidos pela

retração autogénea e de secagem é adequadamente reproduzida, garantindo-se

inclusivamente que o ensaio pode prosseguir após a fissuração do betão.

iii

ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento e objetivos deste trabalho .................................................................................... 1

1.2 Ensaio de Anel Restringido ........................................................................................................... 4

1.3 Ensaio de Painel Restringido ......................................................................................................... 6

1.4 Ensaio de Restrição Imposta pelo Agregado ................................................................................. 7

1.5 Ensaios de Restrição Longitudinal ................................................................................................ 9

2 CONCEÇÃO DO ENSAIO DE RESTRIÇÃO LONGITUDINAL DESENVOLVIDO PARA

CARATERIZAÇÃO DO COMPORTAMENTO DIFERIDO DO BETÃO TRACIONADO .......... 15

2.1 Introdução .................................................................................................................................... 15

2.2 Conceitos Teóricos ...................................................................................................................... 17

2.2.1 Introdução .......................................................................................................................... 17

2.2.2 Efeito da deformação do betão por retração ....................................................................... 18

2.2.3 Efeito da solicitação imposta pelo atuador hidráulico ........................................................ 21

2.2.4 Efeito da deformação térmica ............................................................................................ 22

2.2.5 Sobreposição dos efeitos .................................................................................................... 24

2.3 Sistema de Atuação de Força ....................................................................................................... 25

2.4 Dimensões do Provete Armado ................................................................................................... 28

2.5 Pórtico Metálico .......................................................................................................................... 28

2.6 Cofragem Metálica ...................................................................................................................... 29

2.7 Sensores ....................................................................................................................................... 31

2.7.1 Extensómetros Elétricos de Colar nos Varões de Aço ....................................................... 31

2.7.2 Extensómetros de Cordas Vibrantes para Embeber no Betão ............................................ 33

2.7.3 Sensores de Temperatura ................................................................................................... 36

2.7.4 Células de Carga ................................................................................................................ 38

2.7.5 Manómetro de Pressão ....................................................................................................... 40

2.7.6 Transdutor de Pressão ........................................................................................................ 40

3 CAMPANHA EXPERIMENTAL REALIZADA ........................................................................ 43

3.1 Introdução .................................................................................................................................... 43

3.2 Protocolo experimental ................................................................................................................ 44

3.2.1 Preparação do Ensaio ......................................................................................................... 44

3.2.2 Variantes de Ensaio ............................................................................................................ 46

3.3 Ensaios Realizados ...................................................................................................................... 47

3.4 Determinação do Coeficiente de Dilatação Térmica do Betão .................................................... 63

3.4.1 Introdução .......................................................................................................................... 63

3.4.2 Descrição do Ensaio ........................................................................................................... 63

3.4.3 Protocolo Experimental...................................................................................................... 66

iv

3.4.4 Ensaios Preliminares Realizados ........................................................................................ 67

4 CONCLUSÃO ................................................................................................................................ 71

REFERÊNCIAS.........................................................................................................................................71

ANEXO A ..................................................................................................................................................75

ANEXO B ..................................................................................................................................................79

ANEXO C ..................................................................................................................................................82

v

Índice de figuras

Figura 1.1 – Ensaio de Anel Restringido [5]. .............................................................................................. 5

Figura 1.2 – Ensaio de Painel Restringido [7]. ............................................................................................ 6

Figura 1.3 – Ensaio de restrição imposta pelo agregado. ............................................................................. 7

Figura 1.4 – Ensaio de restrição linear Germânico (mm). ........................................................................... 8

Figura 1.5 – Ensaio de restrição com base na curvatura do provete ............................................................ 9

Figura 1.6 – “Temperature Stress Testing Machine” (TSTM). .................................................................. 10

Figura 1.7 – Ensaio de restrição longitudinal executado horizontalmente. ................................................ 11

Figura 1.8 – Ensaio de restrição longitudinal com sistema automático [15]. ............................................. 12

Figura 1.9 – Ensaio de restrição longitudinal com sistema automático e controlo de temperatura [18]. ... 13

Figura 1.10 – Ensaio de restrição longitudinal realizado num provete armado [19]. ................................. 14

Figura 2.1 – ‘Variable Restraint Frame’ (VRF). ........................................................................................ 17

Figura 2.2 – Esquema do comportamento do ensaio sob ação exclusiva da retração. ............................... 19

Figura 2.3 – Esquema do comportamento do ensaio sob ação exclusiva do atuador. ................................ 21

Figura 2.4 – Esquema do comportamento do ensaio sob ação exclusiva da deformação térmica. ............ 23

Figura 2.5 – Pormenor dos cilindros hidráulicos ENERPAC RCH-202. ................................................... 26

Figura 2.6 – Pormenor dos componentes do sistema hidráulico à saída da bomba manual. ...................... 27

Figura 2.7 – Pormenor do “T” de derivação da bomba manual para os cilindros hidráulicos. .................. 27

Figura 2.8 – Vista geral do provete. ........................................................................................................... 28

Figura 2.9 – Sistema de cofragem montado pronto a betonar. Vista da cofragem do provete do sistema e

do provete “dummy”. ........................................................................................................... 30

Figura 2.10 – Provete descofrado. Pormenor da posição das chapas metálicas após a descofragem. ........ 31

Figura 2.11 – Extensómetros elétricos colocados nos varões de aço. ........................................................ 32

Figura 2.12 – Esquema de funcionamento de um sensor de cordas vibrantes para embeber no betão [20].

.............................................................................................................................................. 34

Figura 2.13 – Sensor de cordas vibrantes posicionado no molde do sistema............................................. 35

Figura 2.14 – Sensor de cordas vibrantes posicionado no molde do provete “dummy”. ........................... 36

Figura 2.15 – Pormenor de um PT100 colocado num varão de aço. ......................................................... 38

Figura 2.16 – Pormenor da colocação das células de carga no sistema. .................................................... 39

Figura 2.17 – Pormenor dos varões instrumentados numa secção não embebida pelo betão, funcionado

como células de carga. .......................................................................................................... 40

Figura 3.1 – Preparação de todo o sistema antes de se proceder à betonagem. ......................................... 45

Figura 3.2 – Pormenor das ligações dos sensores ao Datalogger, fonte de alimentação e computador. ... 45

Figura 3.3 – Preparação da amassadura de betão. ...................................................................................... 46

Figura 3.4 – Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante o ensaio 1. .................................... 48

Figura 3.5 – Extensões no betão registadas no ensaio 1 através dos extensómetros elétricos do varão 1 e 2

(EE1 e EE2). ......................................................................................................................... 48

Figura 3.6 – Valor da força registada pelas duas células de carga (CC1 e CC2) durante o ensaio 1. ........ 49

Figura 3.7 - Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 1. ........................................ 49

vi

Figura 3.8 – Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 1. ......................................................... 50

Figura 3.9 – Valor da extensão total no betão durante o ensaio 1. ............................................................. 50

Figura 3.10 – Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 1. ...................................................... 51

Figura 3.11 – Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 1. ................................................ 51

Figura 3.12 – Fluência específica do betão obtida no ensaio 1. ................................................................. 53

Figura 3.13 – Coeficiente de fluência do betão obtido no ensaio 1. ........................................................... 53

Figura 3.14 – Selagem dos provetes........................................................................................................... 55

Figura 3.15 - Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante o ensaio 4. ................................... 56

Figura 3.16 - Extensões no betão registadas no ensaio 4. .......................................................................... 57

Figura 3.17 - Valor da força registada pelas células de carga e pelos varões durante o ensaio 4. .............. 57

Figura 3.18 – Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 4. ...................................... 58

Figura 3.19 - Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 4. ........................................................ 58

Figura 3.20 - Valor da extensão total no betão durante o ensaio 4. ............................................................ 59

Figura 3.21 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 4. ....................................................... 59

Figura 3.22 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 4. ................................................. 60

Figura 3.23 - Fluência específica obtida no ensaio 4. ................................................................................ 60

Figura 3.24 - Coeficiente de fluência obtido no ensaio 4. .......................................................................... 61

Figura 3.25 – Molde do provete “dummy” instrumentado com um sensor de cordas vibrantes. ............... 64

Figura 3.26 – Molde do provete “dummy” instrumentado com um varão de aço que contèm um

extensómetro elétrico e um PT100. ...................................................................................... 65

Figura 3.27 – Molde do provete ‘dummy’ instrumentado com um varão de acrílico que contém um

extensómetro elétrico e um PT100. ...................................................................................... 65

Figura 3.28 – Provetes para a câmara climática que sofrerão variações de temperatura. .......................... 66

Figura 3.29 – Determinação do instante de aderência para o sensor de cordas vibrantes do provete

colocado na câmara climática. .............................................................................................. 68

Figura 3.30 - Determinação do instante de aderência para o sensor de cordas vibrantes do provete

colocado na câmara de cura. ................................................................................................. 68

Figura 3.31 - Determinação do instante de aderência para o varão de aço instrumentado do provete

colocado na câmara climática. .............................................................................................. 69


colocado na câmara de cura. ................................................................................................. 69

Figura A.1 – Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante do ensaio 2 ...................................71

Figura A.2 – Extensões no betão registadas no ensaio 2 ............................................................................71

Figura A.3 – Valor da força registada pelas células de carga durante o ensaio 2 ......................................72

Figura A.4 – Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 2 ........................................72

Figura A.5 – Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 2 .........................................................73

Figura A.6 – Valor da extensão total no betão durante o ensaio 2 .............................................................73

Figura A.7 – Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 2 ........................................................74

Figura A.8 – Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 2 ...................................................74

Figura B.1 – Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante do ensaio 3....................................75

Figura B.2 – Extensões no betão registadas no ensaio 3. ...........................................................................75

Figura B.3 – Valor da força registada pelas células de carga durante o ensaio 3........................................76

Figura B.4 – Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 3........................................ 76

Figura B.5 – Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 3 ..........................................................77

Figura B.6 – Valor da extensão total no betão durante o ensaio 3............................................................. 77

Figura B.7 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 3........................................................ 78

Figura B.8 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 3. ..................................................78

Figura C.1 - Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante do ensaio 5....................................79

Figura C.2 - Extensões no betão registadas no ensaio 5. ...........................................................................79

Figura C.3 - Valor da força registada pelas células de carga durante o ensaio 5...................................... 80

Figura C.4 - Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 5........................................ 80

Figura C.5 - Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 5............................................................81

Figura C.6 - Valor da extensão total no betão durante o ensaio 5. .............................................................81

Figura C.7 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 5 .........................................................82

Figura C.8 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 5.....................................................82

viii

ix

Símbolos e Abreviaturas

Para clareza de exposição no texto proceder-se-á à descrição de cada símbolo

simultaneamente com a sua primeira utilização. A seguinte lista é apresentada por

ordem alfabética:

Símbolos

t Variação de temperatura ao longo do tempo

s,p Extensão no aço (devido à ação do atuador)

s,co,sh Extensão no aço de compatibilização (devida à retração)

s,co,t Extensão no aço de compatibilização (deformação térmica)

s Coeficiente de dilatação térmica do aço

r,rc,total Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (total)

r,rc,sh Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado devido à

(retração)

r,rc,p Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (devido à ação

do atuador)

r,rc,t Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (deformação

térmica)

r,pc,total Leitura direta da extensão nos sensores do provete livre (total)

r,pc,sh Leitura direta da extensão nos sensores do provete livre (devido à retração)

r,pc,t Leitura direta da extensão nos sensores do provete livre (deformação

térmica)

c,el,sh Extensão no betão de compatibilização – contribuição elástica (devido à

retração)

c,el,t Extensão no betão de compatibilização – contribuição elástica (deformação

térmica)

c,cr,sh Extensão no betão de compatibilização – contribuição da fluência (devido à

retração)

c,cr,t Extensão no betão de compatibilização – contribuição da fluência

(deformação térmica)

n Constantes típicas do condutor

i Extensão inicial

f Extensão final

c,total Tensão no betão (total)

c,total Extensão no betão (total)

c,sh Tensão no betão (devido à retração)

x

s,sh Tensão no aço (devido à retração)

c,sh Extensão no betão (devido à retração)

c,p Extensão no betão (devido à ação do atuador)

c,el,p Extensão no betão - contribuição elástica (devido à ação do atuador)

c,cr,total Extensão no betão de compatibilização – contribuição da fluência (total)

c,cr,p Extensão no betão - contribuição da fluência (devido à ação do atuador)

c,co,sh Extensão no betão de compatibilização (devido à retração)

c,co,t Extensão no betão de compatibilização (deformação térmica)

c Coeficiente de dilatação térmica do betão

Resistividade

A Área da secção transversal

Ac Área da secção de betão

As Área da secção das armaduras

Ec(t) Módulo de elasticidade do betão no instante t

Es Módulo de elasticidade do aço

ff Frequência final

fi Frequência inicial

Kv Constante do sensor

Kt Coeficiente dilatação térmico da corda tencionada

l Comprimento

Nc,p Força no betão (devido à ação do atuador)

Nc,co,t Força no betão de compatibilização (deformação térmica)

Nc,co,sh Força no betão de compatibilização (devido à retração)

Ns,p Força no aço (devido à ação do atuador)

Ns,co,t Força no aço de compatibilização (deformação térmica)

Ns,co,sh Força no aço de compatibilização (devido à retração)

P(t) Força aplicada pelo atuador no instante t

R Resistência elétrica

R0 Resistência do condutor à temperatura 0ºC

RT Resistência do condutor à temperatura T

T Temperatura

t Tempo

1 INTRODUÇÃO

1.1 Enquadramento e objetivos deste trabalho

O betão surge atualmente como um dos principais materiais utilizados em

engenharia civil com capacidade estrutural, sendo que uma das suas características é a

evolução ao longo do tempo das suas propriedades. Por um lado, esta evolução pode ser

desfavorável, pois muitas vezes as deformações associadas, como por exemplo a

retração e a fluência/relaxação, são responsáveis por tensões autoinduzidas ou por

perdas de pré-esforço que podem pôr em causa a resposta eficaz da estrutura. Por outro

lado, podem apresentar um caracter benéfico, pois servem também como forma de

redistribuição de esforços na estrutura ou simplesmente como forma de reduzir a sua

intensidade (através da fluência). Este tipo de análise é da máxima importância,

principalmente quando se pretende analisar o comportamento estrutural do betão em

idades jovens, pois é neste período que os elementos de betão apresentam deformações,

quer por retração, quer por fluência, de forma mais acentuada.

Tendo em conta a importância que a fendilhação do betão assume na análise

estrutural (além das limitações que impõe do ponto de vista estético e funcional), a

2 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

fendilhação em idades jovens surge como um dos tópicos importantes atuais de estudo.

Um dos fatores associados ao aumento da importância deste tema é a utilização e o

desenvolvimento nas últimas três décadas de betões de maior resistência em edifícios de

altura elevada, estruturas ‘offshore’, pontes, estruturas pré-esforçadas, etc. Estes betões

proporcionam propriedades superiores, quer do ponto de vista mecânico, quer do ponto

de vista da durabilidade, além de uma boa trabalhabilidade [1,2]. No entanto, o aumento

do seu uso releva a importância em entender o fenómeno da fendilhação em idades

jovens, uma vez que este tipo de betões apresenta valores de retração autógena e das

deformações térmicas bastante superiores, sendo estes fenómenos os principais

responsáveis pelas tensões autoinduzidas nestes betões.

O principal método empregue pelos projetistas e utilizado atualmente para lidar

com os problemas associados às deformações impostas tem sido adotar a construção de

juntas de dilatação e procedimentos de cura apropriados (normalmente mantendo os

elementos de betão em idades jovens saturados de forma a evitar retração por secagem).

Contudo, estes procedimentos de cura revelam ter pouco impacto em betões de maior

resistência (devido à forte retração autógena registada em idades jovens) e a adoção de

juntas de dilatação não é uma alternativa económica, além de poder não ser exequível

por comprometer a durabilidade e a funcionalidade da estrutura (problemas estruturais

graves podem surgir caso a junta de dilatação seja prevista, mas não seja executada

corretamente).

Tal como referido anteriormente, a simulação do comportamento do betão, das

deformações associadas a idades jovens e da sua sensibilidade à fendilhação surge como

um campo de estudo importante na análise estrutural. Assim, é natural que em fase de

projeto se pretenda efetuar simulações numéricas no sentido de poder avaliar o risco de

fendilhação e qual o comportamento da estrutura pós-fendilhação. No entanto, é preciso

ter em conta que tais simulações requerem modelos que permitam ter em conta o

carácter transiente do betão em idades jovens. De facto, a variável tempo tem uma

grande importância na definição das deformações de retração e nas deformações

térmicas, mas afeta também outras propriedades do betão, tais como: o módulo de

elasticidade, a resistência à tração e à compressão, a fluência, etc. [2,3]. Atualmente a

comunidade técnica tem tentado minimizar alguns dos efeitos associados a esta temática

através de diferentes técnicas, como por exemplo a utilização de fibras no controlo da

fendilhação e de misturas redutoras de retração. No entanto, para um controlo mais

eficaz é necessário mais informação e a realização de campanhas experimentais

Introdução 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

exaustivas que permitam obter resultados confiáveis, em ambientes controlados, que

possam servir de base para o desenvolvimento de modelos numéricos robustos.

De facto, o betão em idades jovens é um material que se encontra em contínua

alteração e que nesta fase apresenta evoluções bastante acentuadas. Contempla

processos de hidratação durante o endurecimento do betão que são responsáveis pelo

aumento de temperatura característico registado após a betonagem. Contempla também

grandes alterações volumétricas devidas ao fenómeno da retração, que em conjunto com

as deformações térmicas, caso o elemento de betão se encontre restringido, são

responsáveis pelo aparecimento de tensões de tração significativas. Este processo não

pode ser desprezado uma vez que todos os elementos de betão apresentam normalmente

algum grau de restrição, seja internamente devido à presença de armaduras, ao campo

térmico não uniforme ou ao diferencial de humidade ao longo da secção transversal,

seja externamente pelos elementos adjacentes. Por este motivo, caso as deformações

associadas ao betão em idades jovens sejam significativas pode ocorrer fendilhação,

sendo o risco de fendilhação máximo normalmente associado ao período de

arrefecimento do betão após ocorrer a hidratação do cimento [4]. Neste período as

deformações térmicas correspondem a uma forte contração do betão, estando ainda esta

redução de volume associada à contribuição da retração autógena que nesta altura da

vida do betão pode ser significativa (principalmente em betões com uma baixa relação

água/cimento). No entanto, é de salientar que também a fluência é bastante superior em

idades jovens, daí que a determinação e controlo da fendilhação seja um processo tão

complexo e tão pouco abordado na literatura, apesar da sua importância ao longo da

vida de uma estrutura.

Outro aspeto importante a realçar é que tradicionalmente apenas tem havido

preocupação em proceder a ensaios da fluência do betão em compressão, devido às

complexidades associadas aos sistemas que permitem o estudo da fluência em tração.

No entanto, se o objetivo é conseguir representar adequadamente o comportamento do

betão quando sujeito a tensões de tração, uma correta determinação da fluência em

tração é da maior importância. A relação existente entre a fluência à compressão e à

tração ainda não se encontra bem definida e por este motivo têm-se adotado modelos de

fluência em compressão para simular o comportamento do betão em tração. Além disso,

o conhecimento adquirido nos últimos anos referente a idades jovens tem evoluído

bastante, sendo que os modelos teóricos que permitem modelar a fluência em idades

jovens, mesmo à compressão, ainda se encontram rodeados de alguma incerteza [2]. Por

4 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

estes motivos, e devido à importância da fluência na correta quantificação da evolução

das tensões no betão, pretende-se também no presente trabalho contribuir para o estudo

da fluência em tração. Neste sentido desenvolveu-se um mecanismo de aplicação de

tensões de tração no betão, com imposição de restrição variável de forma a conseguir

avaliar corretamente a fluência e separar as parcelas relativas às deformações térmicas,

à retração e à deformação elástica.

Apresenta-se de seguida, uma revisão sucinta das diferentes estratégias e

instrumentações desenvolvidas no estudo da fendilhação em idades jovens, de forma a

proporcionar uma visão geral das metodologias existentes e identificar as vantagens e

desvantagens do sistema que será desenvolvido no âmbito do presente trabalho face aos

existentes na literatura. Tal como explicado anteriormente, existem dois tipos de

deformações responsáveis pela fendilhação em idades jovens: a deformação térmica e a

retração. Para uma maior compreensão destes fenómenos, é necessário avaliar e separar

adequadamente estas duas contribuições, e é por este motivo que alguns dos sistemas

descritos apresentam ambientes selados ou condições de saturação máxima. Existem

quatro categorias em que normalmente é possível enquadrar estes ensaios de retração

impedida: os ensaios de anel restringido; os ensaios do painel restringido; os ensaios de

restrição imposta pelo agregado e por último os ensaios de restrição longitudinal [3]. Na

presente descrição será dada especial atenção aos ensaios de restrição longitudinal pelo

facto de o mecanismo desenvolvido se enquadrar nesta categoria.

1.2 Ensaio de Anel Restringido

O ensaio de anel com núcleo restringido foi desenvolvido na década de 1940, e

por esse motivo é normalmente o ensaio mais referido na literatura, tendo sido aplicado

inicialmente com o intuito de medir o potencial de fendilhação do betão [3]. Este ensaio

(Figura 1.1) é passível de ser aplicado na avaliação da fendilhação em betões

endurecidos e em idades jovens sendo que o seu princípio é bastante simples: o anel de

betão é betonado à volta de um núcleo de aço que impõe uma restrição caso o betão

pretenda retrair. Devido a este impedimento, é imposto um estado de tensão de tração

no anel exterior (e um correspondente estado de tensão de compressão no anel interior

que é passível de ser monitorizado) e caso as deformações sejam significativas, as

tensões tangenciais que se desenvolvem na superfície betão/aço podem originar a

Introdução 5 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

fendilhação (Figura 1.1). A caraterização do betão é baseada na sua resposta ao longo

do ensaio, nomeadamente avaliando: número de fendas, abertura máxima e média de

fendas e o tempo de ocorrência das fendas [5].

Devido à simplicidade de execução associada a este ensaio, nas últimas duas

décadas tem sido utilizado com o objetivo de caracterizar o fenómeno da fendilhação

em betões com diferentes constituintes, englobando diferentes tipos de aditivos, inertes,

fibras, etc. De facto, a sua aplicabilidade fez com que se torna-se numa das normas da

American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) –

norma AASHTO PP34-98 – e também serviu posteriormente como base da norma

ASTM C 1582-04 da American Society for Testing Materials [5].

No entanto, apenas mais recentemente Hossain e Weiss [6] e Silva [5] aplicaram

esta metodologia como forma de avaliar e estimar as deformações por fluência e a

consequente relaxação de tensões em betões. Hossain e Weiss [6] aplicaram inclusive

técnicas baseadas na emissão acústica de forma a detetar micro e macrofissuras ao

longo do ensaio.

Figura 1.1 – Ensaio de Anel Restringido [5].

6 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.3 Ensaio de Painel Restringido

O ensaio do painel restringido foi desenvolvido apenas em alguns laboratórios,

traduzindo-se no fundo numa restrição imposta a uma peça de betão laminar através de

armaduras existentes nas suas extremidades. Uma das diferenças significativas desta

técnica de avaliação da fendilhação é a capacidade de incorporar o comportamento

biaxial da retração em geral e possibilitar o estudo dos efeitos da retração plástica [7,8].

O procedimento de ensaio passa por betonar um molde com dimensões de 10x10cm2

encontrando-se a superfície exposta à secagem. A retração por secagem é acelerada

através da circulação de ar quente, simulando condições externas de vento recorrendo a

ventiladores (Figura 1.2). Na Figura 1.2 também se pode constatar a existência de dois

painéis em condições semelhantes, algo que é habitual nos procedimentos experimentais

associados a este tipo de ensaios, pois foram frequentemente utilizados para aferir o

potencial de vários componentes a incorporar no betão, neste caso tratando-se do estudo

da inclusão de fibras de polipropileno. No entanto, a utilização deste método apenas se

demonstra vantajosa quando se pretende avaliar o comportamento qualitativo do betão,

sendo este um dos principais motivos pelo qual este ensaio não é normalmente referido

como um ensaio de referência no estudo das deformações impedidas.

Figura 1.2 – Ensaio de Painel Restringido [7].

Introdução 7 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.4 Ensaio de Restrição Imposta pelo Agregado

Os ensaios de restrição imposta pelo agregado surgiram da necessidade de

representar as condições de restrições existentes quando se pretende simular

construções e/ou reparações em pavimentos, existindo atualmente diversas abordagens

[3]. De facto, os ensaios descritos anteriormente, tal como os ensaios de restrição

longitudinal, apresentam condições de restrições totais ou parciais, porém sempre de

uma forma simétrica na estrutura. Por este motivo, desenvolveram-se os ensaios de

restrição imposta pelo agregado que permitem realizar um estudo direcionado para

pavimentos, que na generalidade apresenta restrição apenas numa das faces [9]. No

fundo, consoante as características que se pretende avaliar, é possível distinguir estes

ensaios tendo por base o objetivo de análise: o estudo da fendilhação ou a curvatura

registada no provete.

Um dos exemplos de um ensaio de restrição imposta pelo agregado é o sistema

desenvolvido por Banthia et al. [9], que contempla um molde cuja parte inferior é

previamente betonada, impondo-se uma superfície extremamente rugosa através da

adição de agregados na face superior, enquanto o betão se encontra fresco (Figura 1.3).

Após esta primeira fase de betonagem, o processo de cura é acelerado através de um

banho de água quente a 50 ºC durante três dias, procedendo-se à segunda fase de

betonagem que contempla um processo de cura numa câmara a 38 ºC e 5% de humidade

relativa (além de se verificar também um aumento da retração de secagem através da

circulação de ar quente na superfície do betão). Desta forma é possível simular a

construção e ou a reparação de um pavimento e retirar ilações com base no padrão de

fendilhação observado.

Figura 1.3 – Ensaio de restrição imposta pelo agregado.

8 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Na Alemanha foi desenvolvido pela Technical Academy de Aachen outra

metodologia de análise da fendilhação no betão que posteriormente foi adotada na

norma TP BE-PCC pela Highway Construction Department of the Federal Ministry for

Transport. Trata-se de um método de restrição linear que utiliza um elemento de aço

com formato em V no qual o betão é betonado e sujeito a condições ambientais normais

(Figura 1.4). O formato específico deste elemento de aço é o principal responsável pela

origem da fendilhação devido à forte restrição que impõe ao betão. Através da

observação da abertura de fendas e do padrão de fendilhação é possível obter

informação importante sobre a mistura, tratando-se assim de um ensaio de análise

qualitativa que é normalmente utilizado para avaliar a inclusão de aditivos plásticos nas

camadas superiores de pavimentos [2].

Figura 1.4 – Ensaio de restrição linear Germânico (mm).

Tal como referido anteriormente, existem também ensaios que têm como base a

análise da curvatura no betão, tendo sido um destes desenvolvido pela empresa

Structural Preservation System. Este ensaio consiste na betonagem sobre uma chapa de

aço que é previamente revestida de ‘epoxy’ e de grãos de areia, de forma a garantir uma

perfeita aderência entre a camada de betão e a chapa. O objetivo é estudar qual a

curvatura associada à simulação de uma reparação de um pavimento, sendo que a placa

de aço representa o pavimento existente e que a curvatura é originada pelo diferencial

de deformação existente entre as camadas inferior e superior do betão (Figura 1.5). O

provete tem uma das suas extremidades fixas num pórtico e a outra extremidade livre

possibilitando desta forma aferir qual o deslocamento relativo vertical entre as

extremidades e calcular a correspondente curvatura [2,3].

Introdução 9 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 1.5 – Ensaio de restrição com base na curvatura do provete

1.5 Ensaios de Restrição Longitudinal

Os ensaios com restrição longitudinal têm como base o método do pórtico de

fendilhação que foi desenvolvido na Alemanha em 1960 [1]. Este método surgiu

inicialmente como forma de avaliar as tensões devido aos efeitos da temperatura em

betão endurecido, tendo posteriormente sido aplicado na avaliação do risco de

fendilhação em betões nas primeiras idades. O mecanismo associado a este ensaio

resulta do formato do provete de betão, que apresenta nas extremidades um formato de

‘dog-bone’, permitindo ancorar o provete numa estrutura mais rígida (normalmente de

aço), que é a responsável pela restrição. A deformação e o grau de restrição dependem

da relação de rigidez entre o pórtico e o provete, sendo que inicialmente a restrição

imposta era bastante inferior a 100%. As forças que se desenvolvem neste ensaio podem

ser determinadas através de um conhecimento prévio das características mecânicas do

pórtico, e utilizando sensores elétricos para avaliar a deformação deste último [1,3].

Numa fase posterior, também na Alemanha, Springenschmid et al. [10]

procederam a um melhoramento do pórtico para que este pudesse proporcionar 100% de

restrição, e tornar-se assim num ensaio de restrição totalmente impedida. A adaptação

desenvolvida englobou a introdução de um sistema ativo numa das extremidades do

pórtico, resultando assim num provete com uma extremidade fixa e outra com

movimentação ajustável (Figura 1.6). O controlo da deformação pode ser realizado por

um motor de passo, com precisão de 1 m, sendo que a restrição a impor é controlada

pela monotorização das deformações registadas em barras de fibra de carbono,

localizadas na zona central do provete. Devido à sua aplicação inicial, que é baseada na

10 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

medição de tensões com origem na temperatura, e também no robusto sistema de

controlo de temperatura existente na cofragem, este mecanismo é designado por

‘Temperature Stress Testing Machine’ (TSTM) [1,10].

Figura 1.6 – “Temperature Stress Testing Machine” (TSTM).

No entanto, apesar do sistema ser bastante robusto para a análise dos efeitos

térmicos em betão endurecido, uma série de adaptações e aperfeiçoamentos era ainda

necessária por forma a poder aplicar esta metodologia à análise da retração impedida,

nomeadamente em betões jovens.

De entre os primeiros autores a tentar adaptar o sistema para o estudo da retração

impedida destacam-se Paillère e Serrano [11], que desenvolveram um pórtico com uma

solução alternativa de controlo da restrição. Neste modelo, a extremidade livre

encontra-se ligada a uma máquina de pressão de ar que permite controlar a deformação

no provete, sendo este inicialmente betonado horizontalmente e após ser desmoldado é

posicionado verticalmente. A utilização de provetes gémeos (com betão exatamente da

mesma amassadura), um restringido e o outro livre, permitiu a Paillère e Serrano [11]

controlar a deformação de retração. Com os dados relativos à tensão registada pela

máquina de pressão de ar é possível teoricamente separar as diferentes contribuições de

deformação do betão no provete restringido, e obter informação importante sobre a

fluência do betão à tração.

Do ponto de vista teórico estava desenvolvido um ensaio capaz de possibilitar o

estudo completo da retração impedida. No entanto, do ponto de vista experimental ainda

Introdução 11 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

havia um conjunto importante de fatores a melhorar. Um deles era o facto do ensaio se

realizar verticalmente, algo que induz a rotura na parte superior do provete devido à

ação do peso próprio. Bloom e Bentur [12] desenvolveram um ensaio controlado

manualmente, que recorre a um motor de passo como no TSTM, porém adotaram uma

disposição horizontal para o provete. O problema associado às forças de atrito que se

desenvolvem entre o molde e o provete foi minimizado introduzindo uma

descontinuidade de 2mm no molde, que foi posteriormente preenchido com resina

(Figura 1.7).

Figura 1.7 – Ensaio de restrição longitudinal executado horizontalmente.

Outras alterações e/ou inovações menos importantes foram sendo aplicadas por

outros autores ao longo dos anos, tal como é referido por Kovler [3], mas que

contribuíram para o contínuo aperfeiçoamento do sistema do ponto de vista

experimental. Diferentes esquemas de ancoragem foram utilizados, tal como embeber

placas de aço com saliências, ou transformar o típico formato de ‘dog-bone’ das

extremidades do provete em formatos cónicos. Outra evolução engenhosa foi

desenvolvida por Banthia et al. [13], que apresentou um sistema de roletes ao longo do

pórtico cujo objetivo era servir de apoio para um microscópio, de forma a aumentar a

precisão das leituras das aberturas de fendas registadas (no entanto o sistema era

destinado para instrumentação de pastas).

Entretanto em 1994 Kovler [14] apresenta um sistema de controlo automático,

completamente autónomo (sistema ‘closed loop’), destinado ao estudo da retração

impedida em betões de idades jovens. Este sistema é baseado no de Bloom e Bentur

[12], porém o facto de não necessitar de intervenção humana permite obter resultados

com um grau de precisão muito superior, algo que não é desprezável tendo em conta

que as deformações envolvidas são da ordem de grandeza da décima do micrómetro.

Este controlo consiste numa compensação cíclica da deformação, registada em dois

provetes (um restringido e um livre), baseada num critério pré-estabelecido que

possibilita a imposição de diferentes níveis de restrição à livre deformação do provete

12 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

restringido. Basicamente, quando as deformações devidas à retração, às variações da

temperatura e à fluência ultrapassam o critério definido, um motor de passo é acionado

e a extensão total do provete restringido é reposta para um valor pré-definido de forma a

garantir a restrição axial pretendida [3,14]. A precisão deste sistema permitiu começar a

avaliar as deformações de fluência e proceder ao desenvolvimento de modelos

numéricos que traduzissem o comportamento diferido do betão sob esforços de tração.

No entanto, existiam ainda algumas lacunas no ensaio que podiam ser melhoradas, tais

como: aumentar ainda mais a precisão do sistema, evitar a fendilhação do betão na zona

das ancoragens, garantir a possibilidade de secagem nas quatro faces do provete,

garantir um controlo da temperatura em todo o sistema, eliminar os problemas

associados a uma fendilhação precoce do provete, etc.

No sentido de proceder a estudos de caraterização mais exaustivos, Altoubat e

Lange [15,16], utilizaram o mecanismo de Kovler [14] (Figura 1.8), aplicando

diferentes procedimentos experimentais através da variação de alguns fatores:

composição do betão, idade de início do ensaio, posição do mecanismo (vertical ou

horizontal), ciclos de secagem/molhagem, diferentes zonas instrumentadas

simultaneamente, etc. A consistência e a quantidade de resultados reportados por estes

autores permitiram um conhecimento mais aprofundado sobre este tema, tal como

aumentar a confiança no sistema desenvolvido. Do ponto de vista experimental

surgiram também alguns contributos, de entre os quais se realça a importância em se

garantir uma medição na zona central do provete, e não fixar os LVDT´s (‘Linear

Variable Differential Transformers’) na zona de ancoragem, uma vez que esta zona não

é representativa do ensaio e pode surgir como uma fonte de erro adicional.

Figura 1.8 – Ensaio de restrição longitudinal com sistema automático [15].

Introdução 13 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Apesar dos mecanismos mais recentemente desenvolvidos serem também

baseados no proposto por Kovler [14], tem havido uma preocupação em garantir um

controlo adequado da temperatura do betão, tal como acontecia no TSTM, de forma a

obter resultados mais precisos e a separar adequadamente os efeitos da retração e da

temperatura. Em Repette et al. [17] é apresentado um sistema cujo controlo da

temperatura é efetuado através de banhos térmicos realizados em ambos os provetes.

Em Boulay et al. [18] esse controlo obtém-se através da circulação de um líquido ao

longo de caixas de zinco que envolvem o provete, e utilizando uma cofragem de

alumínio de forma a tirar partido da alta condutibilidade térmica deste material (Figura

1.9).

Figura 1.9 – Ensaio de restrição longitudinal com sistema automático e controlo de temperatura [18].

Numa nova perspetiva de abordagem à presente problemática, Cusson e

Hoogeveen [19] apresentaram uma metodologia bastante inovadora face aos

mecanismos previamente apresentados. Esta nova técnica consiste em ensaiar provetes

restringidos armados, com a vantagem de poder utilizar os próprios varões do elemento

como forma de tracionar o provete. Basicamente, quando se pretende aplicar uma tração

axial no provete restringido, um atuador hidráulico é acionado e traciona inicialmente as

armaduras, que por sua vez tracionam também o betão envolvente (Figura 1.10).

A esta modificação do ensaio clássico em betão simples para betão armado estão

associadas algumas vantagens e desvantagens. Como vantagens podemos realçar:

14 Capítulo 1 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

- O contributo que esta abordagem traz no estudo do betão armado, algo

que não é desprezável uma vez que a maioria das estruturas atuais se

encontra nestas condições;

- A possibilidade de continuar o ensaio caso ocorra uma fissuração

imprevista do provete - esta é uma das grandes potencialidades deste

sistema resolvendo assim uma das principais limitações dos métodos

descritos anteriormente;

- A fendilhação tende a localizar-se numa zona central do provete, uma

vez que nas extremidades a tensão no betão é inferior à tensão da zona

central (devido a tratar-se de uma zona de aderência aço-betão, em que o

betão é solicitado em tração de forma muito gradual e crescente).

No entanto, surgem também algumas desvantagens:

- O procedimento experimental envolve um tratamento de resultados mais

complexo;

- É necessária uma caraterização prévia dos varões de aço utilizados;

- É necessário garantir um comprimento de amarração em cada

extremidade do provete de forma a garantir uma correta distribuição das

tensões ao longo da secção transversal do betão.

Figura 1.10 – Ensaio de restrição longitudinal realizado num provete armado [19].

2 CONCEÇÃO DO ENSAIO DE RESTRIÇÃO LONGITUDINAL

DESENVOLVIDO PARA CARATERIZAÇÃO DO

COMPORTAMENTO DIFERIDO DO BETÃO TRACIONADO

2.1 Introdução

Tal como referido anteriormente, os principais fenómenos associados às tensões

autoinduzidas no betão são originadas pelas deformações térmicas (que englobam o

calor de hidratação quando se analisam betões em idades jovens) e pelas deformações

associadas à retração (autógena e de secagem). Um projeto de investigação precedente,

o POCI/ECM/56458/2004 – “Betão nas Primeiras Idades: Previsão do

Comportamento”, liderado pelo mesmo IR do projeto a que se refere este relatório,

permitiu à equipa de investigação obter significativo ‘know-how’ sobre as deformações

com origem térmica, relacionadas com a libertação do calor de hidratação do cimento

[23, 24]. No sentido de completar o conhecimento adquirido nesse projeto, é necessário

proceder a um estudo da distribuição da humidade no interior do betão, e da respetiva

relação com as deformações de retração. Nesse sentido, foi definido o objetivo de

16 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

desenvolver um dispositivo experimental de restrição axial controlada, de forma a

caraterizar o comportamento diferido do betão sob estados de tração induzidos pela

retração. O estudo da relaxação das tensões de tração devidas à fluência, bem como o

comportamento pós-fissuração do betão são os principais objetivos a atingir com o

desenvolvimento deste dispositivo experimental.

No entanto, a escolha do dispositivo a adotar não é um processo fácil, pois todos

os sistemas descritos no Capítulo 1 apresentam vantagens e desvantagens, sendo que os

sistemas baseados numa restrição longitudinal se destacam pela positiva, devido ao

potencial de informação que se pode retirar deste tipo de ensaios. Face aos objetivos

traçados no âmbito do presente projeto de investigação, decidiu-se optar por um ensaio

de restrição longitudinal realizado em betão armado, baseado na ideia inicial do

mecanismo desenvolvido por Cusson e Hoogeveen [19], mas incorporando

significativos melhoramentos. Esta escolha teve como principal motivação o facto de

ser possível continuar o ensaio mesmo após ocorrer a fissuração do betão (devido à

utilização de provetes armados), bem como permitir caraterizar o comportamento de um

elemento de betão armado, algo que é mais representativo das estruturas correntes. A

grande desvantagem associada a este método é realmente a impossibilidade de se poder

aplicar tensões de compressão elevadas, algo que no entanto não limita

significativamente os objetivos deste trabalho, que se encontram essencialmente ligados

ao comportamento do betão em tração. É importante referir que se aproveitou o

conhecimento reportado por Cusson e Hoogeveen [19] para se desenvolver um

mecanismo aperfeiçoado, quer ao nível físico do pórtico e do tipo de instrumentação

utilizado, quer da riqueza de informação que é possível extrair do procedimento

experimental que será seguidamente apresentado.

Neste capítulo pretende-se fazer uma descrição detalhada do desenvolvimento

deste ensaio, desde a conceção do mecanismo até à forma de obtenção de resultados.

Nesse sentido, proceder-se-á de seguida a uma breve descrição dos conceitos teóricos

associados, de forma a explicar como é possível através deste sistema separar as

contribuições das diferentes deformações envolvidas num betão submetido a retração e

a uma restrição axial de tração.

Conceção do Ensaio de Restrição Longitudinal Desenvolvido para Caraterização do

Comportamento Diferido do Betão Tracionado 17 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.2 Conceitos Teóricos

2.2.1 Introdução

O ensaio de restrição à retração longitudinal adotado desenvolve-se através da

instrumentação de dois provetes: um provete de betão com varões embebidos ensaiado

num pórtico de restrição variável, ‘Variable Restraint Frame’ (VRF) e um provete de

betão (‘dummy’) que não se encontra restringido e que apresenta exatamente a mesma

composição e ciclo de maturação que o provete armado. No provete armado, é possível

através do VRF controlar as deformações/tensões aplicadas recorrendo à utilização de

cilindros hidráulicos que permitem o ajuste gradual das forças envolvidas (Figura 2.1).

Figura 2.1 – ‘Variable Restraint Frame’ (VRF).

No entanto, este controlo necessita de informação detalhada sobre as

deformações térmicas e as deformações por retração, sendo este ‘input’ fornecido pelo

‘dummy’. Em ambos os provetes regista-se as deformações e as temperaturas

envolvidas, através de extensómetros elétricos, sensores de cordas vibrantes e sensores

de temperatura. Além disso, no VRF é registada simultaneamente a força aplicada ao

sistema recorrendo à utilização de células de carga. Desta forma, é possível separar as

18 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

deformações térmicas e de retração que ocorrem simultaneamente no VRF e no

‘dummy’, das deformações elásticas e de fluência que ocorrem exclusivamente no VRF.

Numa fase posterior, através da informação das células de carga e do conhecimento do

valor do módulo de elasticidade do betão (que apesar do seu caráter evolutivo pode ser

determinado no próprio VRF, através de ciclos de carga/descarga) é possível

inclusivamente estimar as tensões instaladas no betão e a correspondente deformação

elástica e de fluência. Ao longo do ensaio é efetuado o cálculo das diversas

deformações, sendo assim possível desenvolver um ensaio em controlo de força (através

da análise da tensão no betão) ou em controlo de deformação (através da análise da

deformação total).

O objetivo do presente ensaio é conseguir caracterizar adequadamente o

comportamento do betão sob estados de tração induzidos pela retração. Nesse sentido, é

importante conseguir identificar e separar as contribuições dos diferentes tipos de

solicitações que ocorrem no betão ao longo do ensaio, nomeadamente as decorrentes

das deformações térmicas, das deformações por retração e da força axial imposta ao

provete de ensaio por um atuador hidráulico.

De seguida, apresenta-se o comportamento do ensaio face a cada uma das

solicitações referidas ocorrendo isoladamente, aplicando no final o princípio da

sobreposição dos efeitos de forma a obter as correlações finais entre as leituras do

ensaio e os resultados pretendidos. A apresentação envolverá apenas metade dos

provetes devido à simetria existente em termos longitudinais. De forma a evitar

ambiguidades adotou-se a seguinte convenção: considerar as expansões e os esforços de

tração com sinal positivo, e as contrações e os esforços de compressão com sinal

negativo.

2.2.2 Efeito da deformação do betão por retração

Na Figura 2.2 é possível observar o comportamento do provete armado e do

provete livre sob ação exclusiva da retração. Em a) encontra-se representado o estado

inicial do provete armado, em b) representa-se o comportamento de ambos os materiais

caso não houvesse aderência, em c) apresenta-se a sua configuração final considerando

uma aderência perfeita entre o betão e as armaduras.



Tendo em conta somente os efeitos da deformação do betão por retração, a

Figura 2.2 descreve as diferentes entidades (extensões e forças) envolvidas:

c,sh Extensão de contração livre no betão (retração livre)

Nc,co,sh Força no betão de compatibilização (devida à retração)

Ns,co,sh Força no aço de compatibilização (devida à retração)

c,co,sh Extensão no betão de compatibilização (devida à retração)

s,co,sh Extensão no aço de compatibilização (devida à retração)

c,el,sh Extensão no betão de compatibilização – contribuição elástica (devido à

retração)

c,cr,sh Extensão no betão de compatibilização – contribuição da fluência (devido à

retração)

r,rc,sh Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (devido à

retração)

r,pc,sh Leitura direta da extensão nos sensores do provete livre (devido à retração)

Figura 2.2 – Esquema do comportamento do ensaio sob ação exclusiva da retração.

Com base no equilíbrio das forças e na compatibilidade das deformações entre o

betão e as armaduras é possível obter as seguintes equações:

(1)

20 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(2)

considerando:

(3)

em que:

As Área da secção das armaduras

Ac Área da secção de betão

obtém-se:

(4)

(5)

em que:

c,sh Tensão no betão (devido à retração)

s,sh Tensão no aço (devido à retração)

Es Módulo de elasticidade do aço

Ec(t) Módulo de elasticidade do betão no instante t

t Tempo

substituindo na Eq.(2) resulta:

(6)

(7)



sendo que a Eq.(7) possibilita o cálculo das deformações por fluência provocadas pela

retração (r,cr,sh ), através da aplicação direta das leituras no provete armado e no provete

livre (r,rc,sh e r,pc,sh respetivamente).

2.2.3 Efeito da solicitação imposta pelo atuador hidráulico

Na Figura 2.3 é possível observar o comportamento do provete armado sob ação

do atuador hidráulico. Tendo em conta somente os efeitos da solicitação imposta pelo

atuador hidráulico constata-se:

c,p Extensão no betão (devido à ação do atuador)

s,p Extensão no aço (devido à ação do atuador)

c,el,p Extensão no betão - contribuição elástica (devido à ação do atuador)

c,cr,p Extensão no betão - contribuição da fluência (devido à ação do atuador)

r,rc,p Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (devido à ação

do atuador)

P(t) Força aplicada pelo atuador no instante t

Figura 2.3 – Esquema do comportamento do ensaio sob ação exclusiva do atuador.

Com base no equilíbrio das forças e na compatibilidade das deformações é

possível obter as seguintes relações:

(8)

(9)

22 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

em que:

Nc,p Força no betão (devido à ação do atuador)

Ns,p Força no aço (devido à ação do atuador)

Manipulando as Eqs (8,9) ter-se-á:

(10)

(11)

obtendo-se a equação final que relaciona a deformação de fluência no betão com as

leituras r,rc,p realizadas:

(12)

2.2.4 Efeito da deformação térmica

Na Figura 2.4 é possível observar o comportamento do provete armado e do

provete livre sob ação da deformação térmica. Considerando um aumento de

temperatura constata-se:

t Variação de temperatura ao longo do tempo

c Coeficiente de dilatação térmica do betão

s Coeficiente de dilatação térmica do aço

Nc,co,t Força no betão de compatibilização (deformação térmica)

Ns,co,t Força no aço de compatibilização (deformação térmica)

c,co,t Extensão no betão de compatibilização (deformação térmica)

s,co,t Extensão no aço de compatibilização (deformação térmica)

c,el,t Extensão no betão de compatibilização – contribuição elástica (deformação

térmica)



c,cr,t Extensão no betão de compatibilização – contribuição da fluência

(deformação térmica)

r,rc,t Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (deformação

térmica)

r,pc,t Leitura direta da extensão nos sensores do provete livre (deformação

térmica)

Figura 2.4 – Esquema do comportamento do ensaio sob ação exclusiva da deformação térmica.

Com base no equilíbrio das forças e na compatibilidade das deformações entre o

betão e as armaduras é possível concluir que:

(13)

(14)

(15)

Manipulando estas equações obtêm-se sucessivamente:

(16)

(17)

24 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Uma vez que:

(18)

a equação final que relaciona a deformação de fluência do betão com as leituras

realizadas sob efeito da deformação térmica pode ser expressa como se segue:

(19)

2.2.5 Sobreposição dos efeitos

Nesta fase é possível aplicar o conceito da sobreposição dos efeitos de forma a

conseguir calcular a deformação de fluência no betão originada pela ação conjunta das

três solicitações descritas. Assim, das Eqs(7), (12) e (19) resulta:

(20)

em que:

c,cr,total Extensão no betão de compatibilização – contribuição da fluência (total)

r,rc,total Leitura direta da extensão nos sensores do provete armado (total)

r,pc,total Leitura direta da extensão nos sensores do provete livre (total)

uma vez que:

(21)

(22)

Existem ainda duas entidades, que são extremamente importante quer no

tratamento de dados, quer no controlo do ensaio, sendo estas a tensão total e a extensão

total no betão. Apresenta-se de seguida a forma de as calcular (resultante da

combinações das expressões apresentadas):



(23)

(24)

em que:

c,total Tensão no betão (total)

c,total Extensão no betão (total)

2.3 Sistema de Atuação de Força

Para o sistema de atuação de força foram equacionados vários cenários, como

por exemplo a utilização de um motor mecânico de passo recorrendo a vários

desmultiplicadores de força, ou a utilização de um servo atuador acoplado a uma central

de pressão hidráulica com atuação contínua. Devido a critérios de custo-benefício

optou-se pela utilização de dois cilindros hidráulicos alimentados através de uma bomba

manual para a aplicação da força P(t) que solicita axialmente o provete armado a

ensaiar.

São selecionados cilindros ENERPAC RCH-202 (Figura 2.5) de simples efeito,

cujo retorno é feito através de uma mola. Cada um tem a capacidade de 20 toneladas e

um êmbolo com o curso máximo de 49 mm. Possuem a particularidade de serem ocos

na zona central do êmbolo, sendo que esta furação é de 26.9 mm de diâmetro.

Funcionam com gamas de pressões altas, até 700 bar.

A bomba manual ENERPAC P-391 possui um volume de 901 cm3 e tem a

capacidade de alimentar os dois cilindros em simultâneo. À saída da bomba existe uma

válvula ENERPAC antirretorno V-66 que minimiza as perdas de pressão no sistema

devido ao retorno do volume de óleo para a bomba. A jusante desta bomba existe um

manómetro de pressão ENERPAC G4039L, graduado de 0 a 700 bar, que permite a

visualização da pressão do sistema em cada instante. Numa secção posterior está

instalado um transdutor de pressão que permite o desta em cada instante, sendo que esta

aquisição é realizada através de um Datalogger Datataker 515. Estes pormenores estão

representados na Figura 2.6.

26 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Na ligação entre a mangueira proveniente da bomba manual e a mangueira que

alimenta os cilindros existe um “T” de derivação, onde estão instaladas duas válvulas

reguladores de caudal ENERPAC V-82, que permitem regular o caudal que alimenta

cada um dos cilindros (Figura 2.7).

Na extremidade das mangueiras que alimentam os cilindros existem ligadores

“macho” de alto fluxo, que permitem o encaixe rápido entre a mangueira e o cilindro e

impedem que haja perdas de óleo durante a operação.

Figura 2.5 – Pormenor dos cilindros hidráulicos ENERPAC RCH-202.

Cilindros Hidráulicos



Figura 2.6 – Pormenor dos componentes do sistema hidráulico à saída da bomba manual.

Figura 2.7 – Pormenor do “T” de derivação da bomba manual para os cilindros hidráulicos.

Bomba Manual

Transdutor de Pressão

Manómetro de Pressão

Válvula Antirretorno

Válvula reguladora de caudal

28 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.4 Dimensões do Provete Armado

A área da secção transversal do provete armado a ensaiar foi determinada por

forma a que toda a área de betão fosse efetiva e que a peça de betão tivesse a armadura

mínima pelo critério da plastificação da armadura. Optou-se por considerar para o

provete armado uma secção retangular, cuja maior dimensão é a horizontal, pois foi

decidido que os varões de aço (em número de 2 ou 3 consoante o objetivo do ensaio)

seriam colocados e alinhados segundo esta direção.

A dimensão longitudinal do provete foi determinada com base no comprimento de

aderência dos varões de aço ao betão, e assegurando que se teria pelo menos 1m de

comprimento na zona central do provete em que se formasse um campo uniforme de

extensões no betão. Assim, a dimensão longitudinal do provete foi estimada em 1,5m.

Na Figura 2.8 apresenta-se uma vista geral do provete armado, inserido no pórtico

metálico de reação que o envolve.

Figura 2.8 – Vista geral do provete.

2.5 Pórtico Metálico

No dimensionamento do pórtico metálico que possibilitará a restrição do provete

armado, para além de critérios de segurança foram tidos em conta critérios de

Pórtico metálico

Provete armado



deformabilidade do sistema sendo que estes últimos foram os mais condicionantes para

o dimensionamento. A força máxima a que o sistema poderá vir a estar sujeito é a carga

máxima que os cilindros hidráulicos permitem, ou seja, 430 kN (correspondente a 215

kN por cada cilindro). Por questões de furações e de soldaduras optou-se por escolher

para as secções transversais dos elementos do pórtico tubos quadrangulares do tipo RHS

(‘Rectangular Hollow Section’).

O aço usado nos RHS é da classe S275, e impôs-se que para a força máxima do

sistema a tensão máxima em cada perfil não ultrapassasse 15% da sua tensão de

cedência. Este critério permitiu que as deformações no pórtico fossem baixas, e que nos

perfis RSH sujeitos a compressões não ocorressem efeitos de 2ª ordem significativos,

pois permitiu obter esbeltezas da ordem de 20.

Nos perfis sujeitos a flexão e para a hipótese mais desfavorável de se adoptar 3

varões de aço no ensaio, impôs-se que a diferença de forças imposta pela curvatura da

peça não fosse superior a 7%.

2.6 Cofragem Metálica

Idealizou-se um sistema de cofragem incorporado no pórtico metálico para que

fosse possível realizar a betonagem do provete ‘in situ’, de forma a se poder começar o

ensaio quando se achasse pertinente, e também para não haver reposicionamentos do

provete de forma a não haver perturbações no sistema.

A cofragem é constituída por chapas com 4 mm de espessura (Figura 2.8), que é o

suficiente para as de maior dimensão terem deslocamentos da ordem da centésima do

milímetro, quando sujeitas à pressão do betão nas suas paredes. A cofragem pode ser

deslocada do betão com o auxílio de um mecanismo de porca-parafuso. A extremidade

do parafuso é de cabeça esférica, o que permite o recuo da cofragem.

O pórtico metálico tem ainda a particularidade de ter uns apoios ajustáveis em

altura, que permitem regular a distância ao solo e nivelá-lo conforme necessário. Isto

permite que o pórtico fique elevado do solo, o que é favorável para se realizar a

secagem uniforme em todas a faces do provete após a descofragem.

Na Figura 2.9 apresenta-se uma vista geral da cofragem inserida no pórtico

metálico, bem como a cofragem para o provete ‘dummy’. Na Figura 2.10 esta

30 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

representado o provete descofrado, evidenciando o pormenor da recolha da cofragem

metálica.

Figura 2.9 – Sistema de cofragem montado pronto a betonar. Vista da cofragem do provete do sistema e

do provete ‘dummy’.

Cofragem do provete livre

Cofragem metálica

Pórtico metálico



Figura 2.10 – Provete descofrado. Pormenor da posição das chapas metálicas após a descofragem.

2.7 Sensores

2.7.1 Extensómetros Elétricos de Colar nos Varões de Aço

São sensores destinados à medição pontual da extensão. Nos ensaio realizados

foram usados extensómetros elétricos aplicados na superfície dos varões de aço.

O princípio de funcionamento de um extensómetros de resistência elétrica é

baseado na variação da resistência de um condutor ou semicondutor, quando sujeito a

uma deformação mecânica. Para um dado condutor com comprimento l, secção

transversal A e resistividade , a resistência elétrica R é dada pela expressão:

(25)

Quando se aplica ao condutor uma deformação longitudinal, cada uma das três

quantidades que afetam a resistência variam, e por conseguinte ocorre uma variação da

resistência dada por:

Cofragem metálica removida

32 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(26)

Onde G é designado por fator de ganho do extensómetro (“Gauge Factor”), que

usualmente ronda valores próximos de 2.

Os extensómetros elétricos de colar no aço utilizados são calibrados para Silicato

de Titânio Policristalino, que é um material com um coeficiente de dilatação muito

baixo, admitindo-se na prática que é zero. Assim, a grandeza medida pelo extensómetro

tem sempre incorporado uma componente térmica, que através da medição da

temperatura local é possível distinguir da componente mecânica de deformação.

No ensaio são instrumentadas 3 secções com este tipo de sensores: duas nos

varões de aço na zona embebida pelo betão, e outra nos varões de aço não embebidos

pelo betão (extremidades salientes relativas ao provete de betão de ensaio). As zonas

embebidas permitem a determinação das extensões do provete até à fendilhação do

betão. Na realidade o ensaio pode prosseguir mesmo quando ocorre uma fendilhação

acidental do betão, aproveitando as leituras dos extensómetros elétricos colados no aço

em secções não coincidentes com a localização da fissura.

Na Figura 2.11 apresenta-se uma secção do varão de aço instrumentada com

extensómetros elétricos.

Figura 2.11 – Extensómetros elétricos colocados nos varões de aço.

Varão de aço

Extensómetro elétrico colado



2.7.2 Extensómetros de Cordas Vibrantes para Embeber no Betão

A aplicação de sensores de cordas vibrantes em estruturas de betão armado é

prática corrente, pois são especialmente concebidos para funcionarem embebidos no

betão, sendo frequente a sua aplicação em fundações, pilares, pontes, etc.

Este tipo de sensores podem apresentar diferentes comprimentos de referência,

consoante a aplicação pretendida, algo que é importante ter em conta uma vez que

existem por vezes limitações espaciais e é necessário garantir uma boa

representabilidade do betão. Apresenta também uma elevada robustez de forma à sua

medição não ser afetada por possíveis momentos fletores localizados, sendo assim

indicado a sua utilização mesmo em elevados volumes de betão.

A existência de duas placas metálicas nas suas extremidades permite garantir

uma maior aderência entre o sensor e o betão, sendo a extensão medida segundo o

seguinte princípio: no interior do sensor existe uma corda metálica com cerca de 0.3mm

de diâmetro cuja frequência de vibração é passível de ser correlacionada com a tensão

na corda. Por outro lado, uma variação da deformação do sensor, ou seja da estrutura

pois considera-se haver uma aderência perfeita entre ambos, provoca uma alteração na

tensão da corda metálica. Assim, através de uma corrente que percorre uma bobine

instalada junto à estrutura metálica, é possível criar um campo magnético que excita a

corda, a qual passa a oscilar a uma frequência associada à tensão correspondente. A

oscilação da corda no interior desse campo magnético induz uma corrente alternada na

bobine que é detetada pelo sistema de aquisição [20].

Na Figura 2.12 está representado o esquema de funcionamento de um sensor de

cordas vibrantes.

34 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 2.12 – Esquema de funcionamento de um sensor de cordas vibrantes para embeber no betão [20].

Os sensores de cordas vibrantes são então aplicados de forma a determinar uma

deformação, que associada ao comprimento do sensor permite extrapolar o valor da

extensão no betão. No entanto, uma vez que este tipo de sensores é afetado pela

temperatura (pois é constituído por um material metálico, com coeficiente dilatação

próximo do betão), caso se pretenda realizar uma medição precisa, é necessário

proceder numericamente a uma compensação dos efeitos da temperatura. A Eq.(27)

demonstra de que forma é possível calcular as correspondentes variações de extensão,

tendo em conta os efeitos da temperatura e lembrando que a constante associada ao

sensor depende do seu comprimento de referência.

(27)

Em que kv é a constante do sensor que depende essencialmente das

características mecânicas e geométricas da corda, enquanto kt representa a constante

associada ao coeficiente de dilatação térmico da corda metálica tencionada.

No ensaio experimental são usados 2 sensores de cordas vibrantes: um

posicionado no centro do provete armado e outro posicionado no centro do provete

‘dummy’. São estes sensores que comandam o ensaio em termos de deformações no

betão, sendo posicionados no centro dos respetivos provetes para serem representativos

dos estados de deformação, por estarem localizados em posições equivalentes, estes



sensores registam temperaturas em pontos correspondentes, o que é determinante para

as correções térmicas necessárias à separação das extensões mecânicas das extensões

térmicas.

Na Figura 2.13 apresenta-se o posicionamento de um sensor de cordas vibrantes

no molde do sistema mecânico, e na Figura 2.14 o posicionamento de um sensor de

cordas vibrantes no molde do provete ‘dummy’.

Figura 2.13 – Sensor de cordas vibrantes posicionado no molde do sistema.

Sensor de cordas vibrantes

36 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 2.14 – Sensor de cordas vibrantes posicionado no molde do provete ‘dummy’.

2.7.3 Sensores de Temperatura

Existe atualmente uma grande variedade de instrumentos destinados à medição

da temperatura, cada um dos quais apresentando características que os tornam

particularmente indicados para determinadas aplicações específicas. De entre estas

características salienta-se a gama de medição e a linearidade. Os sensores de

temperatura atualmente mais utilizados nas aplicações de engenharia civil são os

termopares e os detetores resistivos, sendo que nestes ensaios foram usados detetores

resistivos.

Um detetor de temperatura resistivo (RTD – do inglês Resistance Temperature

Detector) é um sensor baseado no princípio do aumento da resistência do metal com a

temperatura. O metal mais usado neste tipo de sensores é a platina, sendo por vezes

designado por PRT (do inglês Platinum Resistance Thermometer), embora outros

metais possam ser utilizados como o cobre, o níquel e o balco. Mais recentemente têm

surgido ligas de metais que apresentaram características muito idênticas às da platina,

constituindo para certas gamas de medição soluções economicamente mais atrativas.

A resistência R de um elemento condutor, a temperatura constante, é dada pela

expressão:




(28)

em que:

l Comprimento do elemento condutor

A Área da secção transversal

Resistividade

De acordo com esta expressão a variação de resistência é consequência da

variação da resistividade e da alteração das dimensões do elemento condutor

provocadas pela variação da temperatura. A relação entre a resistência e a temperatura

de um dado condutor é dada pela expressão geral:

(29)

em que:

RT Resistência do condutor à temperatura T

R0 Resistência do condutor à temperatura de 0ºC

T Temperatura

1,2,…,n Constantes típicas do condutor

No caso do elemento sensor ser platina, cobre ou níquel, numa gama de medida

bastante alargada esta expressão pode ser simplificada, sendo em geral suficiente

considerar a seguinte variação linear entre a resistência e a temperatura:

(30)

Sendo o chamado coeficiente de temperatura da resistência. Este factor é

muito sensível à presença de impurezas ou à deformação mecânica. Nas aplicações mais

correntes o sensor mais utilizado é a platina, que tem um =100 a 0ºC, recebendo por

isso a designação corrente de PT100.

38 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

No ensaio são usados 3 PT100, um em cada secção instrumentada pelos

extensómetros elétricos de colar nos varões de aço. Assim, utilizam-se 2 PT100 colados

aos varões de aço na zona embebida e 1 PT100 colado ao varão de aço na zona não

embebida. Os PT100 apresentam uma boa precisão e desempenham um papel de

enorme importância na quantificação da temperatura em cada secção instrumentada. Só

desta forma é possível com exatidão determinar a parcela térmica da leitura do sensor e

conseguir separar os efeitos térmicos dos mecânicos ao nível das extensões medidas no

betão e no aço.

Na Figura 2.15 apresenta-se uma secção instrumentada com um sensor de

temperatura PT100.

Figura 2.15 – Pormenor de um PT100 colocado num varão de aço.

2.7.4 Células de Carga

O processo mais frequente para a medição direta das forças induzidas por um

atuador hidráulico é através da interposição de células de carga. São dispositivos

tradicionalmente hidráulicos ou de deformação, consoante o processo adotado para a

transdução da força. No segundo caso, a força aplicada induz uma deformação elástica

numa peça devidamente instrumentada com extensómetros, que se encontra inserida no

Extensómetro elétrico

Sensor de temperatura



interior da própria célula de carga. A deformação elástica medida é convertida no valor

da força, por calibração. Os modelos de células de carga mais comuns utilizam

extensómetros de resistência elétrica ou de corda vibrante. Nos ensaios realizados no

presente trabalho foram usadas células de carga de deformação que utilizam

extensómetros de resistência elétrica. Utilizaram-se duas células de carga ocas, uma

para cada varão, que são atravessadas pelos varões de aço.

Na Figura 2.16 apresenta-se a colocação das células de carga no sistema

mecânico, enquanto na Figura 2.17 apresenta-se a secção dos varões não embebida pelo

betão, onde os extensómetros elétricos de colar no aço funcionam igualmente como

células de carga, após adequada calibração.

Figura 2.16 – Pormenor da colocação das células de carga no sistema.

Varões de aço

Células de carga

40 Capítulo 2 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 2.17 – Pormenor dos varões instrumentados numa secção não embebida pelo betão, funcionado

como células de carga.

2.7.5 Manómetro de Pressão

O manómetro de pressão (Figura 2.6) é um aparelho que indica a pressão no

sistema hidráulico em cada instante. A sua utilização em série com as células de carga

cria uma oportunidade de redundância, e portanto de robustez, no ensaio em termos da

avaliação das forças transmitidas ao provete armado, uma vez que com uma prévia

calibração do manómetro com as células de carga é possível rapidamente saber o valor

da força instalada no sistema. Caso contrário é necessário recorrer sempre a um

Datalogger Datataker 515 para conhecer o valor da força instalada no sistema.

2.7.6 Transdutor de Pressão

O transdutor de pressão (Figura 2.6) permite transformar pressão no sistema em

força transmitida aos varões. Tem a mesma função do manómetro de pressão, mas com

a principal vantagem de ser possível o registo autónomo dessa mesma pressão em cada

instante.

Extensómetro elétrico

Sensor de temperatura



3 CAMPANHA EXPERIMENTAL REALIZADA

3.1 Introdução

Neste capítulo são apresentados os resultados da campanha experimental realizada

com o sistema desenvolvido descrito no Capitulo 2. O objetivo dos primeiros ensaios

efetuados foi essencialmente afinar e ajustar o protocolo experimental, e ganhar

confiança no funcionamento do sistema e na fiabilidade dos sensores e do sistema de

aquisição utilizados. Portanto, à medida que o protocolo experimental se foi alterando e

melhorando, a qualidade dos resultados dos ensaios também foi melhorando.

A campanha experimental incluiu a caracterização do comportamento de betões

de resistência normal e de betões de alto desempenho, estes últimos com elevada

retração autógena. Foi também alvo de estudo o estudo do comportamento de um

mesmo betão, mas carregado a idades diferentes.

44 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.2 Protocolo experimental

3.2.1 Preparação do Ensaio

Antes de se realizar o ensaio experimental é necessário efetuar o seguinte conjunto

de operações:

1- Instrumentar os varões de aço com extensómetros elétricos e sensores de

temperatura PT100, nas secções pretendidas. As secções devem estar

rebarbadas, lisas e planas para uma melhor aderência e comportamento dos

extensómetros.

2- Colocar as várias chapas referentes à cofragem no pórtico metálico.

3- Colocar os varões no pórtico metálico e centrá-los nas respetivas furações,

recorrendo ao auxílio de casquilhos de nylon.

4- Posicionar a cofragem de forma centrada relativamente aos varões. Para além de

ser possível ajustar a cofragem no plano horizontal, é também possível ajustar a

cofragem no plano vertical, fazendo com que haja uma maior centragem dos

varões relativamente a esta.

5- Colocar os cilindros hidráulicos nas extremidades dos varões, e proceder à

ancoragem destes últimos.

6- Realizar todas as ligações ao Datalogger e etiquetar todos os cabos referentes a

cada sensor.

7- Realizar algumas cargas e descargas ao sistema e verificar se os sinais e

grandezas estão todos em correspondência com os valores esperados.

8- Colocar óleo descofrante na cofragem e proceder à amassadura de betão.

9- Colocar o betão nos moldes, tendo o cuidado de não o despejar diretamente em

cima dos sensores, por forma a não os danificar.

10- Selar os provetes para evitar a secagem.

Na Figura 3.1 está representado o aspeto geral do ensaio antes de se proceder à

betonagem dos moldes. Na Figura 3.2 apresenta-se o pormenor das ligações ao

datalogger, fonte de alimentação (baterias) e computador. Na Figura 3.3 mostra-se a

preparação da amassadura de betão em laboratório.

Campanha Experimental Realizada 45 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.1 – Preparação de todo o sistema antes de se proceder à betonagem.

Figura 3.2 – Pormenor das ligações dos sensores ao Datalogger, fonte de alimentação e computador.

Baterias Computador

Datalogger

VRF

Varões

Bomba manual

Cilindros hidráulicos

Dummy

46 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.3 – Preparação da amassadura de betão.

3.2.2 Variantes de Ensaio

Este sistema de ensaio permite uma certa versatilidade no que diz respeito ao

protocolo a seguir.

1- É possível realizar um ensaio em força constante, repondo o valor da força P(t)

nos cilindros atuadores no correspondente valor P(t) inicial alvo.

2- É possível realizar um ensaio com carga P(t) evolutiva, sendo que esta evolução

seguirá uma percentagem da expectável curva de evolução da resistência à

tração do betão. Esta curva de evolução de resistência à tração é previamente

caracterizada com ensaios em laboratório, recorrendo ao ‘split test’ ou ensaio

brasileiro.

3- É viável simular um ensaio de restrição completa ou parcial, repondo a uma

cadencia temporal pré-definida o valor da deformação axial do provete armado

no correspondente valor inicial alvo.


3.3 Ensaios Realizados

Foram realizados vários ensaios, onde foram testadas algumas variantes levando o

sistema a um processo de evolução. Estes ajustes foram sendo graduais, por forma a ser

possível isolar os efeitos e tentar encontrar a causa e solução para cada problema

identificado.

Ensaio 1

O primeiro ensaio tinha como principal objetivo detetar erros na montagem do

dispositivo experimental ou na conceção de algum aspeto do sistema propriamente dito,

bem como despistar falhas ao nível da folha de cálculo previamente preparada para

interpretação das medições efetuadas e resultados obtidos. O protocolo experimental foi

também posto à prova, sofrendo alterações à medida que se realizaram os sucessivos

ensaios.

Foi preparada uma amassadura de um betão de elevado desempenho, da classe C95,

e com uma relação água cimento a/c= 0.3. A baixa relação a/c destinava-se a impor que

o betão tivesse uma forte retração autógena, o que permitia que todo o processo se

desenrolasse rapidamente e se assegurasse um acelerada execução do ensaio. Nas

Figura 3.4 a 3.11 apresentam-se os resultados do ensaio 1.

48 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.4 – Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante o ensaio 1.

Figura 3.5 – Extensões no betão registadas no ensaio 1 através dos extensómetros elétricos do varão 1 e 2

(EE1 e EE2).


Figura 3.6 – Valor da força registada pelas duas células de carga (CC1 e CC2) durante o ensaio 1.

Figura 3.7 - Valor da retração livre medida no provete ‘dummy’ no ensaio 1.

50 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.8 – Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 1.

Figura 3.9 – Valor da extensão total no betão durante o ensaio 1.


Figura 3.10 – Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 1.

Figura 3.11 – Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 1.

Tratando-se de um ensaio preliminar, adotou-se uma cofragem provisória em

poliestireno para o provete ‘dummy’, e usou-se a cofragem metálica definitiva para o

provete armado. Esta estratégia originou uma diferença nas temperaturas geradas pelo

calor de hidratação, como se pode verificar na Figura 3.4. A temperatura alcançada no

interior do provete ‘dummy’ foi maior, pois a cofragem em poliestireno, devido à sua

52 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

baixa condutibilidade térmica, não permitiu que o calor se dissipasse tão rapidamente

como ocorreu na cofragem metálica.

Na Figura 3.5 estão representados os valores das extensões de cada varão de aço,

medidas através dos extensómetros elétricos de colar na zona embebida. São

apresentados os valores de cada varão, sendo que cada varão está instrumentado com 2

extensómetros na mesma secção. Assim, o valor apresentado corresponde à média

destes dois sensores. Verifica-se uma semelhança de deformação nos dois varões de

aço, o que despista quaisquer problemas de excentricidades no sistema e corrobora a

hipótese inicial de que no interior da peça se forma um campo uniforme de tensões.

Este facto, também está reportado na Figura 3.6, referente às duas células de carga

do sistema. Ambas têm o mesmo comportamento e apresentam diferenças bastantes

reduzidas. Encontrou-se um problema de ‘stick and slip’ proveniente dos cilindros

hidráulicos, e que é repercutido nos resultados das células de carga através. Isto é

devido aos cilindros hidráulicos serem de alta pressão (700bar), pelo que é necessário

possuírem vedantes com bastante atrito. Assim, quando o cilindro é solicitado a sua

resposta não é imediata, pois primeiro é necessário vencer o referido elevado atrito,

assistindo-se depois a um escorregamento súbdito do atuador.

Na Figura 3.8 está representada a tensão total no betão. As duas grandes quedas que

se observam na figura correspondem às duas descargas instantâneas e propositadas

efetuadas no sistema, com as quais foi medir o módulo de elasticidade do betão. Para a

medição desta propriedade a força é descarregada do sistema e é deixada em patamar

durante 1 minuto, para que o sinal fique totalmente estabilizado. Em seguida faz-se uma

recarga para um valor de força próximo que se pretende atingir, deixando-se novamente

1 minuto em patamar. Por fim, é reposta a força para o valor alvo. As subidas

instantâneas que se observam no gráfico coincidem com aumentos da carga no sistema

de forma a tentar seguir da melhor forma possível uma curva de resistência à tração

expectável no betão ensaiado.

Nas Figura 3.9, 3.10 e 3.11 estão representadas a extensão total, elástica e de

fluência do betão, sendo que a primeira é a soma das restantes. A forma como estes

efeitos são separados é explicada no início do presente Capítulo.

Na Figura 3.12 está representada a fluência específica do betão obtida no ensaio 1.

É uma grandeza que corresponde à extensão de fluência medida no ensaio dividida pela

tensão aplicada ao betão. Assim, permite uma comparação com resultados de outros

autores, pois é uma grandeza independente da tensão aplicada.


Na Figura 3.13 apresenta-se o resultado obtido para o coeficiente de fluência do

betão. Este coeficiente tem sensivelmente o mesmo tipo de evolução da curva da

fluência específica, mas com uma escala diferente.

Figura 3.12 – Fluência específica do betão obtida no ensaio 1.

Figura 3.13 – Coeficiente de fluência do betão obtido no ensaio 1.

54 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ensaio 2

No ensaio 2 fizeram-se algumas modificações relativamente ao ensaio 1. Usou-se

também um sensor de cordas vibrantes no provete armado, tentando tirar partido do

sinal mais estável registado por estes sensores, e verificar se o sensor não é demasiado

intrusivo para o provete. Este facto, poderia ser preocupante, uma vez que a secção de

betão poderia ficar fragilizada ao ponto de surgir uma fendilhação indesejada na secção

do sensor.

Usou-se também uma cofragem definitiva para o provete ‘dummy’, do mesmo

material aço e espessura da cofragem usada no provete armado.

No Anexo A são apresentados os resultados obtidos para este ensaio (Figuras A.1 a

A.8).

Em termos de temperaturas a diferença entre os dois provetes já não se verifica

(Figura A.1) e desenvolveram-se campos térmicos idênticos e temperaturas de

hidratação semelhantes tanto no provete armado como no provete ‘dummy’. A extensão

medida através dos extensómetros elétricos e através do sensor de cordas vibrantes tem

bastante semelhança (Figura A.2), o que garante que há uma boa aderência entre o aço e

o betão e que as extensões nos dois materiais são iguais. Este facto é importante uma

vez que na formulação matemática é assumido que tem de haver aderência perfeita entre

os dois materiais, para que as expressões de compatibilidade sejam verdadeiras e

aplicáveis.

Em termos de estabilidade de sinal relativo à extensão total no betão verificou-se

uma melhoria significativa neste ensaio 2 como se pode observar pelo gráfico da Figura

A.6.

Ensaio 3

O ensaio 3 teve a particularidade de ser precedido de intensiva uma campanha de

caraterização do betão. Fez-se uma caraterização cuidada ao longo de 28 dias, com

ensaios aos 1,2,3,8,16 e 28 dias de idade, para a determinação da evolução da

resistência à compressão, da resistência à tração e do módulo de elasticidade do betão,

chegando-se a betão da classe C35/45. Deste modo, foi possível traçar as curvas de


evolução das propriedades do betão de forma mais realista, e previamente ao ensaio de

restrição propriamente dito.

A variante de ensaio de restrição sofreu também alterações, optando-se por não

começar o ensaio durante as primeiras 24 horas, por forma a não se interferir com o

betão durante o desenvolvimento do calor de hidratação. Deste modo, após a betonagem

os provetes foram selados e deixados em repouso durante 24 horas. Após este período,

os provetes foram descofrados, ocorrendo o fenómeno de ‘evaporative cooling’. Ao fim

de 48 horas de idade momento em que as temperaturas estavam estabilizadas em ambos

os provetes, procedem-se ao carregamento do provete armado até à tensão alvo daquela

idade.

Nesta experiência foi incluído um transdutor de pressão nos atuadores, de forma a

ser possível o registo da pressão no sistema em cada instante.

Na Figura 2.15 apresenta-se o pormenor da selagem dos provetes após se proceder à

betonagem.

Os resultados deste ensaio encontram-se no Anexo B nas Figuras B.1 a B.8

Figura 3.14 – Selagem dos provetes.

Selagem dos provetes

56 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ensaio 4

A principal diferença deste ensaio 4 para os precedentes foi o facto de ser feito

numa camara climática com uma temperatura e humidade constante de 20ºC e 50%,

respetivamente. O principal objetivo foi não ter flutuações de temperatura e, deste

modo, obter uma curva de retração suave, sem as perturbações do ciclo térmico diário, e

de acordo com o esperado. Neste ensaio a classe de betão mantém, aproveitando a

exaustiva campanha experimental para o ensaio 3.

Outra alteração está relacionada com a utilização de extensómetros elétricos colados

nos varões de aço, mas numa zona não embebida pelo betão. Deste modo, a partir deste

ensaio, os varões passam a funcionar também como células de carga, permitindo

confrontar os valores obtidos entre os varões e as células de carga propriamente ditas.

Os resultados obtidos no ensaio 4 estão reproduzidos nas Figura 3.15 a 3.24.

Figura 3.15 - Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante o ensaio 4.


Figura 3.16 - Extensões no betão registadas no ensaio 4.

Figura 3.17 - Valor da força registada pelas células de carga e pelos varões durante o ensaio 4.

58 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.18 – Valor da retração livre medida no provete ‘dummy’ no ensaio 4.

Figura 3.19 - Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 4.


Figura 3.20 - Valor da extensão total no betão durante o ensaio 4.

Figura 3.21 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 4.

60 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.22 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 4.

Figura 3.23 - Fluência específica obtida no ensaio 4.


Figura 3.24 - Coeficiente de fluência obtido no ensaio 4.

Devido ao facto de o ensaio 4 decorrer no interior de uma câmara climática, as

temperaturas medidas são praticamente constantes, ocorrendo variações na ordem da

décima do grau (Figura 3.15).

As extensões medidas no betão, registadas em três secções diferentes (Figura 3.16)

apresentam boa concordância, facto que ocorreu em todos os ensaios. No entanto, neste

ensaio, por volta das 98 horas ocorreu uma fenda indesejada no betão, que afetou os

extensómetros da secção 2. Apesar disso, verifica-se que os outros sensores, o sensor de

cordas vibrantes e os extensómetros da secção 1, não registaram qualquer perturbação,

uma vez que estão a distâncias suficientemente grandes dessa fenda que permite a

formação de campos uniformes de extensões. Este acontecimento acabou por ser

benéfico, pois permitiu testar a robustez do ensaio e mostrar realmente que o ensaio

pode continuar mesmo após a fissuração do provete. Esta era uma das razões pela qual

se tinha optado por realizar o ensaio com um provete armado.

No que diz respeito à força atuante, na Figura 3.17 apresentam-se os gráficos

referentes aos valores registados pelas células de carga e pelos extensómetros elétricos

colados nos varões (zona não embebida), que funcionam também como células de

carga. Para além dos valores serem bastantes concordantes, há que realçar o facto do

sinal proveniente dos extensómetros elétricos ser mais estável e não registar o ‘stick and

62 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

slip’ que se observa nos registos das células de carga. Isto deve-se apenas a uma questão

de escala, porque é necessária uma maior variação da extensão para esta ser repercutida

no gráfico. Este acontecimento trouxe maior estabilidade dos resultados globais, pois

tornou as curvas referentes à tensão e à fluência do betão menos irregulares.

A curva de retração do provete ‘dummy’ (Figura 3.18) apresenta-se agora sem

oscilações térmicas e com um andamento idêntico ao esperado. No entanto, há que

realçar que foi admitido para o betão um coeficiente de dilatação térmica constante e

igual a 10x10-6

/ºC , pois a quantificação desta propriedade ainda não está totalmente

resolvida. Sabe-se que há uma evolução desta propriedade nas primeiras idades, mas os

valores obtidos não são muito distantes destes, pelo que se admite que um valor de

10x10-6

/ºC é aceitável na presente fase de estudo.

Os gráficos da tensão total, extensão total e elástica, presentes nas Figura 3.19 a

3.22, apresentam sinais muito mais estáveis e com andamentos muito concordantes.

Existem as descargas pontuais no sistema, que coincidem com a determinação do

módulo de elasticidade do material, e portanto não reflete qualquer instabilidade ou

incidente inesperado do sistema de ensaio.

Em termos da fluência específica e do coeficiente de fluência do betão, observáveis

nas Figura 3.23 e Figura 3.24 respetivamente, apresentam agora curvas suaves e com

um sinal muito estável, havendo apenas perturbações quando humanamente se intervém

no sistema.

Ensaio 5

O ensaio 5 teve como objetivo replicar o ensaio 4, para se observar a repetibilidade

do sistema e protocolo de ensaio. No entanto, por volta das 74 horas surgiu uma fuga de

óleo inesperada no sistema hidráulico, fazendo com que a força nos cilindros

hidráulicos baixasse a uma taxa elevada. Tentou-se resolver o problema sem

descarregar o sistema hidráulico, mas as medidas tomadas não surtiram efeito. Deste

modo teve-se que descarregar o sistema hidráulico ficando o problema resolvido apenas

por volta das 86 horas de ensaio. Apesar de o ensaio propriamente dito ter ficado um

parcialmente comprometido com esta situação, retomou-se o ensaio para verificar o

comportamento do provete a partir deste acontecimento. Os resultados obtidos

encontram-se no Anexo C nas Figuras C.1 a C.8. Verifica-se que os resultados mantêm


a mesma tendência, apresentando concordância com os resultados anteriormente

alcançados.

3.4 Determinação do Coeficiente de Dilatação Térmica do Betão

3.4.1 Introdução

Como se referiu anteriormente, o do coeficiente de dilatação térmica do betão (c) é

uma propriedade importante e necessária para se conseguir separar as deformações de

origem mecânica das de origem térmica. Apesar de haver um vasta bibliografia sobre a

evolução desta propriedade, nomeadamente no que diz respeito às primeiras idades, em

paralelo com o desenvolvimento do VRF tem-se preparado ensaios que permitam a

caraterização desta propriedade.

É necessária uma forma rigorosa para a determinação desta propriedade, mas este

não é o principal objetivo do projeto envolvido, pelo que não é pretendido um

procedimento experimental minucioso para a sua quantificação.

Para o aprofundamento de uma técnica mais rigorosa para a determinação desta

propriedade deve consultar a seguinte bibliografia [21,22].

3.4.2 Descrição do Ensaio

O ensaio idelizado passa por instrumentar dois provetes de betão, de iguais

dimensões 0.10x0.10x0.5 m3, embebendo um sensor em cada um deles. É necessário

medir a extensão e temperatura no centro dos provetes.

Um dos provetes é colocado numa camara climática sofrendo ciclos de temperatura

entre 17.5ºC e 22.5ºC e com uma humidade relativa de 50%, para que a média da

temperatura se situe nos 20ºC: de seguidas este provete é deixado em patamar de

temperatura constante durante 4 horas, tempo necessário para que todo o provete fique à

mesma temperatura. O outro provete ‘dummy’ é colocado numa câmara de cura, com

uma temperatura de 20ºC e uma humidade relativa de 50% (ambos constantes). Este

provete é necessário para se conseguir quantificar a parcela referente à retração, para

deste modo ser possível quantificar a parcela mecânica e assim determinar o coeficiente

de dilatação térmica do betão.

Testaram-se 3 tipo de sensores: (i) sensor de cordas vibrantes (Figura 3.25), (i) um

varão de aço com diâmetro de 6mm e instrumentado com um extensómetro elétrico e

64 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

um PT100 (Figura 3.26) e (iii) um varão em acrílico com 6 mm de diâmetro e

instrumentado com um extensómetro elétrico e um PT100 (Figura 3.27). A razão pela

qual foram testados vários sensores está relacionada com a diferença de rigidez entre

eles. Podendo desta forma estudar-se os diferentes instantes de aderência entre cada

sensor e o betão, em função da sua rigidez.

A determinação do coeficiente de dilatação térmica do betão é efetuada utilizando as

medições das extensões obtidos entre cada patamar de temperatura constante. A

temperatura ambiente é também registada, e assim pela comparação desta com a

temperatura registada no interior do provete é possível determinar quando este atingiu o

equilíbrio térmico com o meio ambiente.

Figura 3.25 – Molde do provete ‘dummy’ instrumentado com um sensor de cordas vibrantes.



Figura 3.26 – Molde do provete ‘dummy’ instrumentado com um varão de aço que contém um

extensómetro elétrico e um PT100.

Figura 3.27 – Molde do provete ‘dummy’ instrumentado com um varão de acrílico que contém um

extensómetro elétrico e um PT100.

Varão de aço instrumentado

Varão de acrílico instrumentado

66 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.28 – Provetes para a câmara climática que sofrerão variações de temperatura.

3.4.3 Protocolo Experimental

O protocolo experimental para a determinação do c do betão segue os seguintes

passos:

1- Colagem dos extensómetros elétricos e dos sensores de temperatura PT100

nos varões de aço e acrílico

2- Posicionamento dos sensores no centro dos moldes

3- Realização a amassadura de betão

4- Colocação do betão nos moldes, selagem dos provetes e colocação destes na

câmara climática e na câmara de cura

5- Programação da camara climática para realizar os ciclos de temperatura

pretendidos

Sensor de cordas vibrantes Varão de acrílico instrumentado

Varão de aço instrumentado


3.4.4 Ensaios Preliminares Realizados

Os resultados dos ensaios realizados para a determinação do c ainda não são

conclusivos, pois o protocolo ensaio ainda está em fase de melhoramento e ajustes.

Apresentam-se seguidamente os resultados relativos ao instante de aderência entre o

betão e o sensor de cordas vibrantes e o betão e o varão de aço. Para a identificação

destes instantes previamente foram determinados os coeficientes de dilatação térmica da

própria estrutura do sensor de cordas vibrante e do varão de aço. Deste modo é possível

prever o comportamento de cada sensor quando sujeito a uma determinada temperatura

mas em estado ‘livre’, isto é, ainda não embebido no betão. Quando comparado o

comportamento do sensor embebido com o respetivo sensor em estado ‘livre’ é notório,

a partir de um determinado instante, uma mudança de comportamento. Este momento é

o instante de aderência entre o sensor e o betão, sendo que agora é este material que

comanda as deformações registadas pelo sensor.

Os resultados obtidos na campanha preliminar de ensaios estão reportados nas

Figura 3.29 a 3.32. Observa-se que no sensor de cordas vibrantes o instante de aderência

ocorre mais cedo do que no varão de aço, devido à sua menor rigidez. Verifica-se

também que os provetes colocados na câmara climática têm instantes de aderência mais

tardios do que os colocados na câmara de cura, uma vez que coincidiu que no momento

da betonagem a câmara climática se encontrava a 17.5ºC, pelo que os provetes da

câmara de cura estiveram a uma temperatura superior a esta, o que acelerou o

endurecimento do betão e antecipou o instante de aderência.

68 Capítulo 3 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 3.29 – Determinação do instante de aderência para o sensor de cordas vibrantes do provete

colocado na câmara climática.

Figura 3.30 - Determinação do instante de aderência para o sensor de cordas vibrantes do provete

colocado na câmara de cura.

Instante de aderência




colocado na câmara climática.


colocado na câmara de cura.



4 CONCLUSÃO

Neste trabalho foi apresentado a evolução do dispositivo de ensaio desenvolvido

para a caraterização do betão nas primeiras idades, no que diz respeito ao

comportamento deste material sob restrição a deformações impostas pela retração tendo

em linha de conta o comportamento diferido e a fissuração do betão.

Criou-se um sistema versátil denominado “VRF” com base na informação

reportada na bibliografia, mas incluindo uma série de novas capacidades de ensaio

desenvolvidas, originalmente no âmbito do presente projeto de investigação. Pode-se

realizar um ensaio em controlo de força ou de deslocamento. É possível iniciar o ensaio

nas primeiras idades do betão, logo após o instante de aderência entre o betão e as

armaduras ou numa altura mais avançada de cura do material. O sistema de cofragem

removível permite o estudo do comportamento dos provetes de betão em qualquer

idade, e permite a secagem uniforme dos provetes.

Apesar de o sistema estar ainda numa fase de ajustes já é possível retirar

resultados consistentes, e observar comportamentos coerentes e repetibilidade dos

ensaios. Deste modo começa-se a ter confiança nos resultados obtidos, e está-se em

condições de começar uma campanha sistemática de ensaios de caraterização de vários

tipos de betão.

72 Capítulo 4 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Uma das principais vantagens deste sistema VRF em comparação com a grande

maioria de sistemas congéneres reportada na bibliografia é o facto de o ensaio poder

continuar mesmo após a fissuração do betão. Esta situação foi testada e os resultados

obtidos foram coerentes com o esperado.

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76 Referências ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Anexo A

Resultados do Ensaio 2.

Figura A.1 - Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante do ensaio 2.

Figura A.2 - Extensões no betão registadas no ensaio 2.

78 Anexos ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura A.3 – Valor da força registada pelas células de carga durante o ensaio 2.

Figura A.4 – Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 2.

Anexos 79 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura A.5 - Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 2.

Figura A.6 - Valor da extensão total no betão durante o ensaio 2.

80 Anexos ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura A.7 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 2.

Figura A.8 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 2.

Anexos 81 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Anexo B

Resultados do Ensaio 3.

Figura B.1 - Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante do ensaio 3.

Figura B.2 - Extensões no betão registadas no ensaio 3.

82 Anexos ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura B.3 - Valor da força registada pelas células de carga durante o ensaio 3.

Figura B.4 - Valor da retração livre medida no provete ‘dummy’ no ensaio 3.

Anexos 83 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura B.5 - Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 3.

Figura B.6 - Valor da extensão total no betão durante o ensaio 3.

84 Anexos ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura B.7 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 3.

Figura B.8 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 3.

Anexos 85 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Anexo C

Resultados Ensaio 5

Figura C.1 - Temperaturas atingidas no interior dos provetes durante do ensaio 5.

Figura C.2 - Extensões no betão registadas no ensaio 5.

86 Anexos ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura C.3 - Valor da força registada pelas células de carga durante o ensaio 5.

Figura C.4 - Valor da retração livre medida no provete “dummy” no ensaio 5.

Anexos 87 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura C.5 - Valor da tensão de tração no betão durante o ensaio 5.

Figura C.6 - Valor da extensão total no betão durante o ensaio 5.

88 Anexos ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura C.7 - Valor da extensão elástica no betão durante o ensaio 5.

Figura C.8 - Valor da extensão de fluência no betão durante o ensaio 5.

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