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O betão é um material compósito cujo historial de tensões se inicia 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 auto-induzidas, com origem térmica ou na retração. Sob restrições parciais ou totais estas deformações induzem estados de tensão, que em serviço limitam a capacidade do betão para suportar trações adicionais, e podem gerar fissuração.
Apesar da crescente atenção dedicada pelos mais recentes códigos de projeto (p. ex. o EC2) 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 à ação da retração é ainda pouco conhecida, seja no tocante 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 projeto visa contribuir para ultrapassar esta insuficiência de conhecimento, e propõe-se produzir uma metodologia numérica para previsão das tensões no betão em serviço, por forma a reduzir avarias por fissuração e assim economizar recursos consideráveis.
Dois dos mais importantes fenómenos envolvidos nas deformações auto-induzidas do betão são: (i) a expansão/contração associada às variações térmicas (calor de hidratação incluído); (ii) a expansão/contração associada a alterações nas condições de humidade na estrutura porosa da matriz cimentícia. Um projeto recentemente concluído, liderado pelo mesmo IR, permitiu à equ  |
Resumo
O betão é um material compósito cujo historial de tensões se inicia 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 auto-induzidas, com origem térmica ou na retração. Sob restrições parciais ou totais estas deformações induzem estados de tensão, que em serviço limitam a capacidade do betão para suportar trações adicionais, e podem gerar fissuração.
Apesar da crescente atenção dedicada pelos mais recentes códigos de projeto (p. ex. o EC2) 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 à ação da retração é ainda pouco conhecida, seja no tocante 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 projeto visa contribuir para ultrapassar esta insuficiência de conhecimento, e propõe-se produzir uma metodologia numérica para previsão das tensões no betão em serviço, por forma a reduzir avarias por fissuração e assim economizar recursos consideráveis.
Dois dos mais importantes fenómenos envolvidos nas deformações auto-induzidas do betão são: (i) a expansão/contração associada às variações térmicas (calor de hidratação incluído); (ii) a expansão/contração associada a alterações nas condições de humidade na estrutura porosa da matriz cimentícia. Um projeto recentemente concluído, liderado pelo mesmo IR, permitiu à equipa de investigação obter significativo 'know-how' nas deformações (i), relacionadas com a libertação do calor de hidratação. Para estudar as deformações referidas em (ii) é considerada estratégica a realização de uma campanha experimental orientada para o estudo da distribuição da humidade no interior do betão, e respetiva relação com as deformações de retração (Tarefas 1, 2 e 3). Complementarmente, um dispositivo experimental de restrição axial controlada (a desenvolver na Tarefa 4) será utilizado na Tarefa 5 para caracterização do comportamento do betão sob estados de tração induzidos pela retração (autogénea ou de secagem). A relaxação das tensões de tração devidas à fluência, bem como o comportamento pós-fissuração do betão, são adequadamente reproduzidos naquele dispositivo.
A seguir a esta campanha será implementado um modelo numérico (Tarefa 6), a desenvolver no âmbito do MEF, que resolverá um problema térmico (para prever as temperaturas geradas pelo calor de hidratação do cimento) e um problema de humidade (para avaliar a distribuição interna da humidade relativa no betão). Este modelo termo-higrométrico permite determinar as deformações no betão, que um modelo mecânico pode em seguida tomar em consideração para prever as correspondentes tensões, tomando em linha de conta fenómenos como a maturação do betão, a fluência e a fissuração. Assegurando uma previsão explícita dos campos de temperatura, de humidade e de tensões no betão, esta abordagem multi-física incorpora uma poderosa ferramenta numérica termo-higro-mecânica, que constitui uma contribuição prática essencial e extremamente valiosa do presente projeto.
Finalmente a Tarefa 7 será dedicada à simulação numérica de estruturas reais, adequadamente instrumentadas, com vista a proporcionar uma clara validação das ferramentas numéricas desenvolvidas, e uma aprofundada discussão crítica acerca do comportamento em serviço das estruturas de betão. |