Comportamento mecânico do betão nas primeiras idades: propriedades e monitorização de deformações

Abstract

O caráter exotérmico das reações de hidratação do cimento pode originar substanciais mudanças de temperatura no interior das estruturas de betão durante as primeiras idades. Por se tratar de um material com baixa condutividade térmica e elevado calor específico, o betão não é capaz de dissipar rapidamente a energia térmica gerada nas reações de hidratação para o exterior, o que se traduz na ocorrência de variações de temperaturas que não são uniformes e que tendem a gerar campos não uniformes de variações volumétricas. Quando as referidas variações volumétricas são total ou parcialmente impedidas, geram-se tensões internas, que podem ser de tração e atingir níveis suficientemente significativos para proporcionar a ocorrência de fissuração. A previsão deste tipo de situações, bem como o estabelecimento de medidas para que não ocorra fissuração precoce, é usualmente feita com recurso a modelos de simulação termo-mecânica. Apesar da reconhecida capacidade de previsão dos modelos de simulação térmica neste contexto, existe ainda bastante controvérsia quanto à forma de modelar e validar os modelos de simulação mecânica. Esta controvérsia emana essencialmente da marcada evolução das propriedades mecânicas e das dificuldades de ensaio no contexto das primeiras idades, sendo que as duas propriedades mais controversas são: o coeficiente de dilatação térmica e o comportamento em fluência. A presente dissertação pretende contribuir para o melhoramento das condições de ensaio destas duas propriedades no Laboratório de Estruturas (LEST) do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da Universidade do Minho. No que diz respeito ao estudo do coeficiente de dilatação térmica, apresenta-se nesta dissertação uma nova metodologia de ensaio, com circulação de água pelo interior do provete em ensaio e uso de extensómetros de corda vibrante embebidos, que permite contornar muitas limitações atualmente reconhecidas às metodologias existentes. A viabilidade da nova metodologia proposta é demonstrada num ensaio piloto, onde se comprova o seu adequado desempenho. No que diz respeito a metodologias experimentais para caracterização da fluência, realizou-se uma peça de adaptação aos bastidores de fluência disponíveis no LEST para permitir a realização de ensaios de fluência com sujeição dos provetes de ensaio a historiais de temperatura controlada.

The exothermic nature of the cement hydration reactions can lead to substantial changes in the internal temperature of concrete during the first ages. In the case of a material with low thermal conductivity and high specific heat, the concrete is not able to quickly dissipate thermal energy generated in the hydration reactions to the outside, which results on the occurrence of temperature variations that are not uniform and which tend to generate fields of non-uniform volumetrical changes. When these volumetrical changes are totally or partially prevented, internal stresses are generated, which can be tensile and reach levels high enough to provide substantial occurrence of cracking. The prediction of such situations as well as to establish measures to prevent the occurrence of premature cracking, is usually made by using thermo-mechanical simulation models. Despite the recognized predictive capability of thermal simulation models in this context, there is still a lot of controversy as to how to model and validate mechanics models simulation. This controversy emanates essentially from the marked evolution of the mechanical properties and the difficulties of testing within the context of the first ages, and the two more controversial properties are: the thermal expansion coefficient and the creep behavior. This thesis aims to contribute towards the improvement over the testing conditions of these two properties in the Structures Laboratory (LEST) of the Department of Civil Engineering, School of Engineering, University of Minho. As regards the study of the thermal expansion coefficient, it is presented in this work a new test methodology with water circulating through the interior of the samples and the use of strain gauges embedded vibrating strings, which allows bypassing many of the presently known existing methodologies. The feasibility of the new methodology proposed is demonstrated through a pilot study, where it is shown its proper performance. Regarding the experimental methodologies for the creep characterization, an adapting piece for the LEST available fluency backstage was created, allowing the realization of creep tests subjecting the test specimens to controlled track record temperatures.