Desenvolvimento de sistemas experimentais para estudo do comportamento do betão sob condições de retração restringida

Abstract

As estruturas de betão estão, ao longo da sua vida, sujeitas a variações de volume, provocadas por diversos efeitos, tal como a retração e as mudanças de temperatura. No caso de estruturas cujas deformações volumétricas se encontram parcial ou totalmente restringidas, geram-se esforços internos associados às deformações impostas. Dado que estes esforços internos correspondem frequentemente a trações e atingem a capacidade resistente do betão, ocorre fissuração. A armadura necessária para controlo da abertura destas fendas é frequentemente significativa, acarretando também custos relevantes. De facto, a regulamentação existente para definição da armadura de controlo da retração (p.ex. CEN (2004a)) é extremamente simplificada e muitas vezes conservativa. Por outro lado, é ainda inexistente regulamentação, recomendações, ou até trabalhos científicos relativos ao controlo de fissuração de retração com o uso combinado de armaduras convencionais e fibras discretas. Tendo em conta a especial adequabilidade do uso de fibras discretas para apoio ao controlo de fissuração, considerou-se que esta era uma relevante oportunidade de investigação para a presente dissertação. Neste contexto o estudo das estruturas impedidas de se deformarem envolve uma complexa interação entre a retração e a fluência. Para a compreensão destas componentes é frequente recorrerse a ensaios de restrição ativa à deformação, cujo processo envolve a utilização de dispositivos que permitam controlar o grau de restrição num provete, impedindo-o de retrair livremente (normalmente designados por TSTM, Temperatura Stress Testing Machine). No decorrer da dissertação, serão apresentados vários sistemas de ensaio, dando especial atenção aos atuadores e sistemas de medição utilizados. A dissertação compreende também uma revisão bibliográfica detalhada sobre sistemas atuadores alternativos aos normalmente utilizados (hidráulicos), com o propósito de acarretarem custos mais reduzidos. No contexto desta dissertação são reportadas alterações ao sistema de ensaio existente na Universidade do Minho, desenvolvido por De Sousa (2011), preparado para a condução de ensaios sobre provetes de betão simples e armado, denominado por VRF, Variable Restraint Frame. As alterações envolveram a elaboração de um novo sistema de medição de deformações, um novo molde e a validação do comportamento do cilindro hidráulico utilizado. Posteriormente, é apresentado um novo sistema, análogo ao VRF, com a particularidade de envolver a reutilização de peças existentes no laboratório da U.M. e permitir encurtar os custos associados. O sistema utiliza como atuador o aperto/desaperto de uma ligação parafuso-porca e a medição das deformações é executada através da captação de imagens, por parte de um microscópio USB, dum sistema de lamelas micrométricas sobrepostas.

The concrete structures are, throughout their life, subject to changes in volume caused by various effects such as the shrinkage and temperature variations. In the case of volumetric structures whose deformations are partially or fully restricted, internal stresses are generated associated with the imposed deformations. Since these internal stresses often correspond to tensile forces and reach the bearing capacity of the concrete, cracking occurs. The reinforcement needed to control the opening of these cracks is often significant, also causing substantial costs. Indeed, the existing codes of reinforcement to control shrinkage regulation (eg: CEN (2004a)) is extremely simplified e often conservative. On the other hand, is still missing regulations, recommendations, or even scientific studies concerning the shrinkage cracking control with the combined use of conventional reinforcements and discrete fibers. Given the particular the special use of discrete fibers to assist in the control cracking, it was considered that this was a relevant research opportunity for this thesis. In this context the study of structures restrained to deforming involves a complex interaction between shrinkage and creep. For the understanding of these components often are used tests of active restraint to deformation, whose process involves the use of devices which control the degree of restriction in a specimen, preventing it of shrink freely (usually designated as TSTM, Temperature Stress Testing Machine). A number of test systems will be presented, with special regard to the use of loading and measurement systems, during the dissertation. The dissertation includes a detailed literature review on alternative loading systems to those usually used (hydraulics), with the purpose of igniting lower costs. In the context of this thesis will be reported changes to the existing test system developed by De Sousa (2011) at Universidade do Minho, prepared to conduct tests on specimens of plain and reinforced concrete, called VRF, Variable Restraint Frame. The changes wrapped the development of a new system for strain measurement, a new mold and validation of the behavior of the hydraulic cylinder used. Posteriorly, a new system is presented, analogous to VRF, with the peculiarity of involving the reuse of existing parts in the U.M. lab and allow shortening the costs. The system uses as loading the tightening / loosening of a screwnut connection and the measurement of the deformation is performed through capturing images, by a USB microscope, of a system of overlapping micrometric lamellae.