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União Europeia – Fundos Estruturais Governo da República Portuguesa
PROJETOS DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO
RELATÓRIO REFERENTE AO PROJETO PTDC/ECM/099250/2008
“Comportamento em serviço de estruturas de betão: uma abordagem multi-física das tensões
auto-induzidas”
Campanha experimental realizada no equipamento VRF
para caraterização do comportamento de betões sob
retração impedida
Autores:
Luís Teixeira
Luís Leitão
Rui Faria
Miguel Azenha
Porto, FEUP, 2013
i
RESUMO
No âmbito da Tarefa 4 do projeto de investigação PTDC/ECM/099250/2008 foi desenvolvido
um dispositivo experimental para a caracterização da fluência do betão em tração,
denominado VRF - ‘Variable Restraining Frame’. O VRF aplica forças de tração controladas
a um provete de betão armado, usando para o efeito 2 atuadores hidráulicos que transmitem as
referidas forças a 2 barras de aço embebidas no provete.
O presente relatório descreve a campanha experimental realizada com o VRF e prevista
na Tarefa 5 do referido projeto, envolvendo a caracterização de betões das classes de
resistência C40/45, C35/45 e C20/25.
Apresentam-se ainda duas variantes do ensaio com o VRF: (i) uma que pressupõe
manter uma tensão de tração constante no betão, através do controlo da força imposta no
provete armado; (ii) outra em que se pretende que o deslocamento médio do provete
permaneça nulo.
Neste trabalho faz-se ainda uma comparação entre o comportamento da fluência do
betão em tração e em compressão.
Por fim, realizam-se ensaios com diferentes forças de tração (associadas à instalação no
betão de tensões de tração máximas correspondentes a diferentes percentagens da resistência à
tração média deste material), para perceber a influência da tensão média de tração induzida no
betão na fluência medida no VRF.
iii
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO 1
1.1 Enquadramento e objetivos deste trabalho 1
1.2 Organização em capítulos 2
2. CAMPANHA EXPERIMENTAL NO VRF, EM CONTROLO DE FORÇA 5
2.1 Introdução 5
2.2 Protocolo experimental 6
2.3 Caraterizações dos betões ensaiados 7
2.4 Resultados 9
2.4.1 Betão da classe C40/50 9
2.4.2 Betão da classe C35/45 14
2.4.3 Betão da classe C20/25 17
2.5 Análise dos resultados 20
2.6 Caracterização do betão utilizado na Tarefa 7 (monitorização de uma estrutura real) 21
3. ENSAIO NO VRF, EM CONTROLO DE DESLOCAMENTO 25
3.1 Introdução 25
3.2 Resultados 26
3.3 Comparação das deformações de fluência obtidas nos ensaios em controlo de força e em controlo de
deslocamento 29
4. ENSAIOS NO VRF COM DIFERENTES FORÇAS APLICADAS. COMPARAÇÃO DA
FLUÊNCIA EM COMPRESSÃO E EM TRAÇÃO. 33
4.1 Introdução 33
4.2 Ensaio em controlo de força, com uma tensão de tração no betão de 0.30fctm,2d 34
4.2.1 Introdução 34
4.2.2 Resultados obtidos 34
4.2.3 Comparação dos ensaios com tensões de tração no betão de 0.55fctm,2d e 0.30fctm,2d 37
4.3 Fluência em compressão 40
4.3.1 Protocolo de ensaio 40
4.3.2 Resultados 41
5. CONCLUSÃO 45
REFERÊNCIAS 47
v
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 – Vista geral do VRF: a) Antes da betonagem; b) Após a betonagem do provete armado. 6
Figura 2.2 – Tensão de tração aplicada no betão C40/50. 10
Figura 2.3 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio do betão C40/50. 10
Figura 2.4 – Extensão total do betão no ensaio do betão C40/50. 10
Figura 2.5 – Extensão de retração livre no betão C40/50. 11
Figura 2.6 – Extensão elástica do betão no ensaio do betão C40/50. 11
Figura 2.7 – Extensão de fluência em tração no ensaio do betão C40/50. 12
Figura 2.8 – Fluência específica do betão C40/50. 12
Figura 2.9 – Coeficiente de fluência do betão C40/50. 12
Figura 2.10 – Setup do ensaio de medição de Ecm baseado no método EMM-ARM. 13
Figura 2.11 – Comparação do valor do módulo de elasticidade medido durante o ensaio VRF e com base no
método EMM-ARM. 14
Figura 2.12 – Tensão de tração aplicada no betão C35/45. 14
Figura 2.13 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio do betão C35/45. 15
Figura 2.14 – Extensão total do betão no ensaio do betão C35/45. 15
Figura 2.15 – Extensão de retração livre no betão C35/45. 15
Figura 2.16 – Extensão elástica do betão no ensaio do betão C35/45. 16
Figura 2.17 – Extensão de fluência em tração no ensaio do betão C35/45. 16
Figura 2.18 – Fluência específica do betão C35/45. 16
Figura 2.19 – Coeficiente de fluência do betão C35/45. 17
Figura 2.20 – Tensão de tração aplicada no betão C20/25. 17
Figura 2.21 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio do betão C20/25. 18
Figura 2.22 – Extensão total do betão no ensaio do betão C20/25. 18
Figura 2.23 – Extensão de retração livre no betão C20/25. 18
Figura 2.24 – Extensão elástica do betão no ensaio do betão C20/25. 19
Figura 2.25 – Extensão de fluência em tração no ensaio do betão C20/25. 19
Figura 2.26 – Fluência específica do betão C20/25. 19
Figura 2.27 – Coeficiente de fluência do betão C20/25. 20
Figura 2.28 – Retração obtida para as três classes de betão. 20
Figura 2.29 –Fluência específica para as três classes de betão. 21
Figura 2.30 – Tensão de tração aplicada no betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7. 21
Figura 2.31 – Força aplicada em cada um dos varões do VRF, no ensaio referente à estrutura real analisada na
Tarefa 7. 22
Figura 2.32 – Extensão total do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7. 22
Figura 2.33 – Extensão de retração livre do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7. 22
vi
Figura 2.34 – Extensão elástica do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7. 23
Figura 2.35 – Extensão de fluência em tração do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
23
Figura 2.36 – Fluência específica do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7. 23
Figura 2.37 – Coeficiente de fluência do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7. 24
Figura 3.1 – Tensão de tração aplicada no betão durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento. 27
Figura 3.2 – Força aplicada em cada um dos varões durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento. 27
Figura 3.3 – Extensão total do betão durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento. 28
Figura 3.4 – Extensão de retração livre do betão. 28
Figura 3.5 – Extensão elástica do betão medida durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento. 28
Figura 3.6 – Fluência em tração do betão durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento. 29
Figura 3.7 –Seções instrumentadas com sensores de cordas vibrantes embebidos no betão. Formação de fendas
durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento. 29
Figura 3.8 – Ajuste de curva polinomial à curva de fluência obtida no ensaio em controlo de força. 31
Figura 3.9 – Curvas de fluência para os 8 instantes de carga, considerando um fator de escala igual a 1. 31
Figura 3.10 – Fluência obtida experimentalmente e prevista para o ensaio em controlo de deslocamento. 32
Figura 4.1 – Tensão de tração aplicada no betão no ensaio com 0.30fctm,2d. 34
Figura 4.2 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio com 0.30fctm,2d. 35
Figura 4.3 – Extensão total do betão no ensaio com 0.30fctm,2d. 35
Figura 4.4 – Extensão de retração livre do betão. 35
Figura 4.5 – Extensão elástica do betão no ensaio com 0.30fctm,2d. 36
Figura 4.6 – Extensão de fluência em tração do betão no ensaio com 0.30fctm,2d. 36
Figura 4.7 – Fluência específica no ensaio com 0.30fctm,2d. 36
Figura 4.8 – Coeficiente de fluência determinado no ensaio com 0.30fctm,2d. 37
Figura 4.9 – Tensão de tração instalada no betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 37
Figura 4.10 – Forças aplicadas em cada um dos varões nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 38
Figura 4.11 – Extensões totais do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 38
Figura 4.12 – Extensões de retração do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 38
Figura 4.13 – Extensões elásticas do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 39
Figura 4.14 – Extensões de fluência do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 39
Figura 4.15 – Extensões de fluência específica do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 39
Figura 4.16 – Coeficientes de fluência do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d. 40
Figura 4.17 – Setup do ensaio de caracterização da fluência do betão em compressão. 41
Figura 4.18 – Fluência específica em compressão e em tração para o betão C40/50. 42
Figura 4.19 – Relação entre fluência específica em compressão e em tração para o betão C40/50. 42
Figura 4.20 – Fluência específica em compressão e em tração para o betão C20/25. 43
Figura 4.21 – Relação entre fluência específica em compressão e em tração para o betão C20/25. 43
1. INTRODUÇÃO
1.1 Enquadramento e objetivos deste trabalho
O betão, um dos principais materiais estruturais utilizados na construção, tem como
característica singular o facto de as respetivas deformações evoluírem consideravelmente ao
longo do tempo. Esta evolução pode ser desfavorável, pois muitas vezes as deformações
induzidas pela retração e pela fluência são responsáveis por tensões autoinduzidas ou por
perdas de pré-esforço, que podem pôr em causa a resposta eficaz da estrutura. Por outro lado,
as deformações diferidas devidas à fluência podem revestir-se de aspetos benéficos, pois
induzem redistribuições de esforços na estrutura, ou simplesmente permitem reduzir a
intensidade das tensões de tração instaladas no betão.
Por outro lado, e tendo em conta a importância que a fissuração do betão assume na
análise estrutural em geral, a crescente utilização de betões de desempenho melhorado tem
vindo a incrementar a atenção dedicada à previsão do fenómeno da fendilhação em nas
primeiras idades, uma vez que neste tipo de betões a retração autógena e as deformações
térmicas assumem grande relevância, sendo estes fenómenos os principais responsáveis pelas
denominadas tensões autoinduzidas.
2 Capítulo 1
2
A adequada simulação do comportamento do betão, incluindo as deformações diferidas
e a suscetibilidade à fendilhação deste material, constitui assim um campo de estudo
importante na análise estrutural, pelo que os modelos numéricos associados têm de reproduzir
adequadamente a natureza transiente do betão, seja nas primeiras idades seja a mais longo
prazo, com base numa caracterização experimental robusta e credível. A variável tempo tem
de facto uma grande importância na definição das deformações de retração e de fluência do
betão, bem como nas deformações térmicas associadas à libertação do calor de hidratação do
cimento, e afeta também as propriedades do betão, que evoluem consideravelmente, como é o
caso do módulo de elasticidade e das resistências à tração e à compressão [1,2]. São também
de relevar as alterações volumétricas do betão devidas ao fenómeno da retração (autógena e
de secagem), que em conjunto com as deformações térmicas, são responsáveis pelo
aparecimento de tensões de tração significativas caso o elemento se encontre restringido. 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 pela ligação a apoios ou outros elementos estruturais. Por este motivo, caso
as deformações associadas ao betão sejam significativas pode ocorrer fendilhação [3,4], a que
se pode associar a contribuição da retração autógena, significativa em betões com baixas
relações água/cimento (w/c). É de salientar, porém, que a fluência é também bastante superior
em idades jovens [5], o que tona a previsão e o controlo da fendilhação do betão um processo
relativamente complexo, que requer uma cuidada caraterização experimental.
No presente relatório utilizar-se-á o dispositivo experimental desenvolvido no âmbito da
Tarefa 4 do projeto PTDC/ECM/099250/2008 para aplicação de tensões de tração num
elemento de betão prismático, com possibilidade de imposição de uma restrição axial
variável, de forma a conseguir caraterizar corretamente o fenómeno da fluência, e a separar as
parcelas relativas às deformações térmicas, à retração e à deformação elástica deste material.
Outro aspeto a realçar como possibilidade deste dispositivo de ensaio relaciona-se com o facto
de a fluência ser caracterizada com o betão tracionado (e não, como é usual, com o betão
comprimido), o que se afigura como mais adequado tendo em vista o propósito de apoiar
modelações numéricas direcionadas para a adequada previsão da fendilhação do betão.
1.2 Organização em capítulos
Este relatório está organizado em 5 capítulos, dos quais o presente corresponde a uma
introdução.
Introdução 3
O Capítulo 2 descreve a campanha experimental realizada e os correspondentes
resultados. São apresentados o protocolo experimental seguido (com base no equipamento
VRF – ‘Variable Restraining Frame’ desenvolvido no âmbito da Tarefa 4 do projeto
PTDC/ECM/099250/2008, com um modo de funcionamento em ‘controlo de força’), bem
como a composição das amassaduras de betões usadas durante a campanha de testes e os
principais resultados obtidos.
O Capítulo 3 aborda uma variante do ensaio com o VRF, conduzida em modo de
funcionamento em ‘controlo de deslocamento’, sendo os resultados comparados com os
obtidos para um mesmo betão ensaiado no Capítulo 2 em ‘controlo de força’.
No Capítulo 4 estuda-se a influência nos resultados obtidos quando se varia a força de
tração que é aplicada no VRF a provetes de uma mesma classe de betão, e apresentam-se
comparações da fluência específica em compressão e em tração.
Por último, no Capítulo 5 apresentam-se as principais conclusões.
2. CAMPANHA EXPERIMENTAL NO VRF, EM CONTROLO DE
FORÇA
2.1 Introdução
O ensaio de retração adotado, com restrição ativa, conforme descrito nas referências [6,7],
desenvolve-se através da instrumentação simultânea de dois provetes: (i) um de betão com
varões embebidos, ensaiado num pórtico que confere restrição variável à deformação (VRF),
e (ii) um provete de betão simples não restringido (‘dummy’, ou provete livre). Em ambos os
provetes registam-se as extensões e as temperaturas, através de extensómetros elétricos,
sensores de cordas vibrantes e sensores de temperatura.
No provete armado é possível, através do VRF, controlar as deformações/tensões
aplicadas ao betão através da utilização de cilindros hidráulicos, que permitem o ajuste das
forças de tração induzidas nos varões longitudinais de aço (Figura 2.1). Este controlo
necessita do conhecimento detalhado das deformações térmicas e de retração do betão, sendo
esta informação fornecida pelo provete livre. No VRF é registada a força aplicada ao sistema
recorrendo à utilização de células de carga. Desta forma, é possível separar as deformações
térmicas e de retração que ocorrem simultaneamente no VRF e no provete livre, das
deformações elásticas e de fluência que ocorrem exclusivamente no VRF. Numa fase
6 Capítulo 2
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 descarga-recarga realizados em instantes pré-determinados) é
possível estimar as tensões instaladas no betão e as correspondentes extensões elástica e de
fluência.
a) b)
Figura 2.1 – Vista geral do VRF: a) Antes da betonagem; b) Após a betonagem do provete armado.
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 ensaio
com o VRF é conseguir caraterizar adequadamente o comportamento do betão sob estados de
tração induzidos por variações volumétricas impedidas (particularmente a 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 pelos atuadores hidráulicos.
A campanha experimental realizada tem como principal objetivo a caracterização de
betões de várias classes de resistência, para o que realizaram amassaduras com diferentes
relações w/c.
2.2 Protocolo experimental
As amassaduras de betão foram realizadas nas instalações do LABEST – Laboratório da
Tecnologia do Betão e do Comportamento Estrutural, Unidade de Investigação sedeada na
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Após a betonagem do provete com a
Atuadores
hidráulicos
Pórtico
metálico
Bomba
manual
Provete
armado
Extensómetros
elétricos e
sensores de
temperatura
Cofragem
metálica
Sensor de cordas
vibrantes Varões de aço
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 7
armadura e do provete livre, ambos foram selados. Decorridas 24h os provetes foram
descofrados e permaneceram em repouso, por forma a permitir o desenvolvimento dos
processos térmicos associados à libertação do calor de hidratação e ao ‘evaporative cooling’.
A campanha experimental foi realizada com o VRF instalado numa câmara climática com
condições ambientais constantes (temperatura T=20ºC e humidade relativa HR=50%). Ao fim
de 48h, em que se constatou o equilíbrio e uniformidade da temperatura dos provetes com o
meio ambiente, foi aplicada através dos cilindros hidráulicos uma força nos varões de aço,
que permitiu induzir uma tensão de tração no betão correspondente a uma dada percentagem
da resistência à tração deste material aos 2 dias. Esta resistência foi previamente determinada
em laboratório através de uma caracterização cuidada de betão com ensaios de compressão,
de módulo de elasticidade e de resistência à tração (esta resistência foi determinada através do
‘split test’ ou do ensaio brasileiro).
O objetivo do ensaio com o VRF é tentar manter constante a tensão de tração aplicada
ao betão, e para isso foi necessário ajustar com bastante regularidade a força transmitida pelos
atuadores hidráulicos aos varões do provete armado. A tensão de tração instalada no betão em
todos os ensaios deste capítulo foi de ~50% da resistência média à tração do betão à idade de
2 dias (fctm,2d). Durante o ensaio, e durante um certo período de tempo, a tensão do betão foi
reduzida para cerca de zero, para se poder observar a recuperação da fluência em descarga;
após este período a tensão de tração no betão foi reposta para o valor inicial de 0.5fctm,2d, para
prosseguimento do ensaio.
2.3 Caraterizações dos betões ensaiados
Na Tabela 1 apresenta-se a composição do betão com amassadura A, com uma relação
w/c=0.50. Na Tabela 2 apresentam-se os resultados relativos à campanha laboratorial de
caraterização mecânica do betão A (fcm,t – resistência média à compressão à idade ‘t’ (em
dias), Ecm,t – valor médio do módulo de elasticidade à idade ‘t’ (em dias) e fctm,t – resistência
média à tração à idade ‘t’ (em dias)), depreendendo-se dos resultados obtidos que se trata de
um betão da classe resistência C40/50.
Relativamente à composição do betão B (Tabela 3), a relação w/c=0.56 é superior à do
betão A. A correspondente classe de betão é C35/45, sendo que os resultados da campanha
laboratorial de caraterização mecânica estão apresentados na Tabela 4.
8 Capítulo 2
Tabela 1 – Composição do betão A.
Componente kg/m3
Cimento - CEM I 42.5 R (Maceira) 320
Adição Filler 260
Superplastificante 3006 7.641
Brita Calcária 840
Areia 1 395
Areia 2 (Média) 395
Água 1 160
Tabela 2 – Resultados da campanha laboratorial de caracterização mecânica do betão A.
Hora do Ensaio [dias] fcm,t [MPa] Ecm,t [GPa] fctm,t [MPa]
1 22.745 32.798 2.450
2 33.219 36.262 2.940
3 35.950 38.511 3.630
28 50.340 39.476 4.370
Tabela 3 – Composição do betão B.
Componente kg/m3
Cimento - CEM I 42.5 R - Maceira 275
Filler Calcário 300
Superplastificante Viscocrete 3006 7.1905
Brita Calcária 840
Areia Fina 395
Areia Média 395
Água 154.03
Tabela 4 – Resultados da campanha laboratorial de caracterização mecânica do betão B.
Hora do Ensaio [dias] fcm,t [MPa] Ecm,t [GPa] fctm,t [MPa]
1 18.500 28.420 1.591
2 25.850 31.280 2.420
3 29.809 33.590 2.605
7 37.827 34.610 3.254
28 44.410 38.810 3.713
A composição do betão C da campanha experimental está indicada na Tabela 5. A
relação w/c deste betão é 0.71, a que corresponde uma classe de resistência C20/25. Os
resultados da campanha de caracterização mecânica deste betão estão indicados na Tabela 6.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 9
Tabela 5 – Composição do betão C.
Componente kg/m3
Cimento - CEM I 42.5 R - Maceira 225
Filler Calcário 344
Superplastificante Viscocrete 3006 4.212
Brita Calcária 840
Areia Fina 395
Areia Média 395
Água 160
Tabela 6 – Resultados da campanha laboratorial de caracterização mecânica do betão C.
Hora do Ensaio [dias] fcm,t [MPa] Ecm,t [GPa] fctm,t [MPa]
1 11.100 26.400 1.400
2 16.120 30.490 1.730
3 - 31.880 2.280
7 - 32.000 2.833
28 32.920 35.400 2.960
2.4 Resultados
2.4.1 Betão da classe C40/50
Esta experiência, a primeira da campanha experimental realizada, diz respeito a um betão da
classe C40/50, autocompactável e com uma relação w/c=0.50.
Na Figura 2.2 apresenta-se a tensão instalada no betão ao longo de todo o ensaio
conduzido no VRF. As linhas verticais correspondem a descargas e cargas instantâneas,
realizadas para medição do módulo de elasticidade do betão. A Figura 2.3 apresenta a força
nos varões de aço, que foi determinada com bastante precisão medindo a deformação nos
varões através de extensómetros elétricos, e conhecendo o módulo de elasticidade do aço e o
diâmetro dos varões do VRF. Na Figura 2.4 apresenta-se o valor da extensão total medida no
betão através de um sensor de cordas vibrantes embebido; a tensão total tende a ter uma
evolução crescente em módulo, devido ao efeito da retração. Na Figura 2.5 está representada a
extensão de retração livre do betão, medida no provete ‘dummy’ através de um sensor de
cordas vibrantes embebido.
10 Capítulo 2
Figura 2.2 – Tensão de tração aplicada no betão C40/50.
Figura 2.3 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio do betão C40/50.
Figura 2.4 – Extensão total do betão no ensaio do betão C40/50.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 11
Figura 2.5 – Extensão de retração livre no betão C40/50.
A Figura 2.6 apresenta o valor da extensão elástica no betão, devida exclusivamente ao
efeito da força exercida pelos atuadores hidráulicos. Após a quantificação da extensão total,
subtraindo a extensão elástica e a extensão de retração, é possível determinar a curva da
extensão de fluência em tração do betão, que se encontra reproduzida na Figura 2.7.
Uma entidade importante que se retira do ensaio VRF é a fluência específica em tração
do betão, que corresponde à extensão de fluência por unidade de tensão de tração. Na Figura
2.8 está representada a curva de fluência específica referente a este betão. A Figura 2.9 mostra
a evolução do coeficiente de fluência ao longo do ensaio, sendo este coeficiente determinado
como a razão entre a extensão de fluência e a extensão elástica do betão.
Figura 2.6 – Extensão elástica do betão no ensaio do betão C40/50.
12 Capítulo 2
Figura 2.7 – Extensão de fluência em tração no ensaio do betão C40/50.
Figura 2.8 – Fluência específica do betão C40/50.
Figura 2.9 – Coeficiente de fluência do betão C40/50.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 13
No ensaio VRF há também a possibilidade de medir o módulo de elasticidade do betão,
sendo para isso necessário proceder a uma descarga parcial do sistema hidráulico, seguida de
uma recarga, sendo que esta tem de ser realizada num período temporal suficientemente curto
para ser considerada instantânea relativamente aos fenómenos diferidos do betão. Ao longo do
ensaio foram realizados vários ciclos deste tipo, para retirar os valores de Ecm a diferentes
idades do betão. Em paralelo com este ensaio usou-se também a técnica de medição do
módulo de elasticidade do betão baseado no método EMM-ARM (‘Elasticity Modulus
Monitoring through Ambient Response Method’), desenvolvido por Azenha [8], cujo setup
está esquematizado na Figura 2.10; a Figura 2.11 apresenta a comparação dos valores de Ecm
obtidos através dos dois métodos descritos, comprovando-se a boa concordância de ambas as
metodologias.
Figura 2.10 – Setup do ensaio de medição de Ecm baseado no método EMM-ARM.
14 Capítulo 2
Figura 2.11 – Comparação do valor do módulo de elasticidade medido durante o ensaio VRF e com base no
método EMM-ARM.
2.4.2 Betão da classe C35/45
De forma análoga à descrita para o betão C40/50, na sequência de Figuras 2.12 a 2.19
apresentam-se os resultados obtidos com base no VRF para um betão da classe de resistência
C35/45.
Figura 2.12 – Tensão de tração aplicada no betão C35/45.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 15
Figura 2.13 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio do betão C35/45.
Figura 2.14 – Extensão total do betão no ensaio do betão C35/45.
Figura 2.15 – Extensão de retração livre no betão C35/45.
16 Capítulo 2
Figura 2.16 – Extensão elástica do betão no ensaio do betão C35/45.
Figura 2.17 – Extensão de fluência em tração no ensaio do betão C35/45.
Figura 2.18 – Fluência específica do betão C35/45.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 17
Figura 2.19 – Coeficiente de fluência do betão C35/45.
2.4.3 Betão da classe C20/25
Para o betão da classe de resistência C20/25, a sequência de Figuras 2.20 a 2.27 ilustra o
conjunto de resultados obtidos na campanha experimental efetuada no VRF.
Figura 2.20 – Tensão de tração aplicada no betão C20/25.
18 Capítulo 2
Figura 2.21 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio do betão C20/25.
Figura 2.22 – Extensão total do betão no ensaio do betão C20/25.
Figura 2.23 – Extensão de retração livre no betão C20/25.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 19
Figura 2.24 – Extensão elástica do betão no ensaio do betão C20/25.
Figura 2.25 – Extensão de fluência em tração no ensaio do betão C20/25.
Figura 2.26 – Fluência específica do betão C20/25.
20 Capítulo 2
Figura 2.27 – Coeficiente de fluência do betão C20/25.
2.5 Análise dos resultados
Após a caracterização experimental, com base no VRF, dos três tipos de betões referentes às
classes de resistência C40/50, C35/45 e C20/25, em seguida apresenta-se uma análise dos
resultados obtidos, centrada na comparação da fluência específica, grandeza que não depende
da tensão aplicada no betão. A Figura 2.28 apresenta a retração medida nos três tipos de
betão, enquanto a Figura 2.29 apresenta a comparação em termos da fluência específica.
Pela observação dos resultados pode-se afirmar que à medida que w/c aumenta a
fluência específica do betão também aumenta.
Figura 2.28 – Retração obtida para as três classes de betão.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 21
Figura 2.29 –Fluência específica para as três classes de betão.
2.6 Caracterização do betão utilizado na Tarefa 7 (monitorização de uma estrutura
real)
Na Tarefa 7 do projeto instrumentou-se uma estrutura real, que se descreverá num relatório
específico. O betão dessa obra, da classe de resistência C30/37, foi transportado para o
laboratório por forma a ser caracterizado no dispositivo experimental VRF. Nas Figuras 2.30
a 2.37 apresentam-se todos os resultados obtidos para este betão.
Figura 2.30 – Tensão de tração aplicada no betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
22 Capítulo 2
Figura 2.31 – Força aplicada em cada um dos varões do VRF, no ensaio referente à estrutura real analisada na
Tarefa 7.
Figura 2.32 – Extensão total do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
Figura 2.33 – Extensão de retração livre do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
Campanha experimental no VRF, em controlo de força 23
Figura 2.34 – Extensão elástica do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
Figura 2.35 – Extensão de fluência em tração do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
Figura 2.36 – Fluência específica do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
24 Capítulo 2
Figura 2.37 – Coeficiente de fluência do betão no ensaio referente à estrutura real analisada na Tarefa 7.
3. ENSAIO NO VRF, EM CONTROLO DE DESLOCAMENTO
3.1 Introdução
Nos resultados dos ensaios apresentados no Capítulo 2 a tensão de tração no betão foi mantida
constante pelo ajuste da força nos cilindros hidráulicos. Deste modo, pode-se considerar que o
ensaio foi conduzido em força, pois esta é controlada pelo utilizador.
O VRF permite a realização de uma outra variante de ensaio, baseada num controlo em
deslocamento. Primeiramente tentou-se implementar esta modalidade de ensaio procedendo a
uma medição direta dos deslocamentos das extremidades do provete, através da utilização de
LVDTs. Contudo, esta tentativa não teve sucesso, devido a problemas de suporte do aparelho
de medição e a ruído elétrico no sinal dos LVDTs. Estes problemas ocasionaram erros e
variações dos sinais das medições, não comportáveis com a precisão requerida por esta
modalidade de ensaio.
Assim, passou a recorrer-se aos sensores de cordas vibrantes embebidos no betão para
determinar a extensão média do provete. Até à fendilhação do betão o valor retirado da
medição da corda vibrante corresponde ao valor da extensão média e global do provete. Como
o objetivo do ensaio em controlo de deslocamento é tentar reproduzir um cenário de restrição
completa do provete, o controlo da deformação deste tem de ser o mais rigoroso possível.
Para isso, à medida que se vai ajustando a força nos atuadores hidráulicos de forma a
compensar a deformação do provete, a tensão do betão vai também aumentando.
26 Capítulo 3
A partir do instante em que a tensão do betão iguala a resistência à tração deste material
ocorre a formação da primeira fenda, e o prossuposto inicial de deformação uniforme ao
longo de todo o provete armado do VRF deixa de ser válido. No entanto, selecionando um
extensómetro adequado, isto é, um que não esteja afetado pela fenda que se tenha formado, o
ensaio pode prosseguir em controlo de deslocamento. Tudo se passa como se o provete em
ensaio passasse agora a ser mais curto, com dimensão longitudinal igual à maior distância
entre a fenda recém-formada e uma das extremidades. Nestas condições há apenas que
prosseguir com o ensaio selecionando para o efeito um extensómetro embebido neste novo
provete mais curto, e ir efetuando o controlo do teste no VRF com base num sensor não
afetado pela formação de uma fenda próxima. Caso a fenda surja na zona de um dado
extensómetro, a leitura da extensão de tração no betão feita por este sensor deixa de ser
válida, mas pode recorrer-se à leitura efetuada por um sensor não afetado pela fenda formada.
Deste modo o ensaio pode prosseguir até que o número de fendas formadas afete todos os
extensómetros instalados no provete armado (3, na presente campanha experimental).
3.2 Resultados
Na Figura 3.1 apresenta-se a evolução da tensão de tração do betão num provete ensaiado no
VRF em controlo de deslocamento. Este ensaio foi realizado com o betão da amassadura A,
correspondente a uma classe de resistência C40/50, descrito no Capítulo 2. Cada subida de
tensão neste gráfico corresponde a um aumento da força nos atuadores hidráulicos com vista à
compensação (por tração adicional) da deformação de encurtamento do provete devida à
retração do betão.
Estes escalões de carga estão ilustrados na Figura 3.2, onde se pode observar uma
aplicação de carga bastante discretizada, pois pretendia-se que o controlo do ensaio fosse
bastante rigoroso. Na Figura 3.3 encontra-se reproduzida a extensão média do provete. Como
se pode observar, a extensão nunca excedeu os 5 (1 = 106
), e em quase todo o ensaio
ficou aquém dos 2.5. A extensão de retração livre do betão encontra-se reproduzida na
Figura 3.4 e a evolução da extensão elástica do betão está ilustrada na Figura 3.5. A evolução
da extensão de fluência do betão retirada do ensaio está reproduzida na Figura 3.6.
Como se pode observar na Figura 3.3, a formação de uma fenda não perturbou
significativamente a continuidade do sinal. Como demonstra a Figura 3.7, o provete armado
do VRF foi monitorizado em 3 secções distintas (assinaladas pela saída pela face superior do
provete dos cabos elétricos referentes a cada zona de extensómetros): (i) uma com um sensor
de cordas vibrantes e (ii) outras duas secções com extensómetros elétricos colados nos varões
Ensaio no VRF, em controlo de deslocamento 27
de aço. Estas secções estão afastadas de uma distância superior ao comprimento de aderência
expectável para os varões de aço que integram o provete armado do VRF [6]. Neste caso em
concreto, o ensaio começou por ser conduzido com base na extensão medida pelo sensor de
cordas vibrantes embebido no betão na zona central do provete armado. Após a formação da
primeira fenda, que surgiu nesta secção, prosseguiu-se o ensaio com base numa secção
instrumentada com extensómetros elétricos, não afetada pela fenda. Deste modo o ensaio
pode prosseguir apesar da fissuração, sendo que a primeira fenda pode ser interpretada como
uma nova extremidade de um provete mais curto que o inicial, pelo que a partir de então a
deformação medida pelos extensómetros elétricos corresponde à extensão média do novo
provete (mais curto). Por coincidência, a segunda fenda surgiu no betão numa secção com
extensómetros elétricos, mas não na secção que foi adotada para conduzir o ensaio. Contudo,
se isto não tivesse acontecido, seria apenas necessário voltar a mudar a secção de controlo do
ensaio para a seção instrumentada que não tivesse sido afetada por qualquer das 2 fendas
formadas no betão, para o ensaio poder prosseguir sem problemas.
Figura 3.1 – Tensão de tração aplicada no betão durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento.
Figura 3.2 – Força aplicada em cada um dos varões durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento.
28 Capítulo 3
Figura 3.3 – Extensão total do betão durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento.
Figura 3.4 – Extensão de retração livre do betão.
Figura 3.5 – Extensão elástica do betão medida durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento.
1ª Fenda
2ª Fenda
Ensaio no VRF, em controlo de deslocamento 29
Figura 3.6 – Fluência em tração do betão durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento.
Figura 3.7 –Seções instrumentadas com sensores de cordas vibrantes embebidos no betão. Formação de fendas
durante o ensaio no VRF em controlo de deslocamento.
3.3 Comparação das deformações de fluência obtidas nos ensaios em controlo de força
e em controlo de deslocamento
Neste subcapítulo proceder-se-á à comparação dos resultados obtidos nos ensaios conduzidos
no VRF em controlo de força e em controlo de deslocamento, particularmente no que se
refere às deformações de fluência obtidas para um mesmo betão. Esta comparação não é
direta, uma vez que no ensaio em controlo de força a tensão de tração no betão é mantida
aproximadamente constante (exceto nos curtos instantes de descarga para medição do módulo
30 Capítulo 3
de elasticidade do betão, ou no período em que se regista a fluência em descarga), enquanto
no ensaio em controlo de deslocamento a força de tração é regularmente aumentada, por
forma a manter a extensão média do betão no valor nulo (correspondente a uma restrição
completa das deformações por retração). Logo, enquanto na variante de ensaio em controlo de
força se respeita o pressuposto básico de um ensaio em fluência (tensão no betão constante e
registo da evolução da correspondente deformação ao longo do tempo), já o mesmo não
sucede na variante do ensaio do VRF em controlo de deslocamento, uma vez que neste caso a
fluência do betão decorre de uma sucessão de carregamentos incrementais de tração,
introduzidos a idades crescentes. Isto equivale a dizer que a Figura 3.6 reproduz uma resposta
diferida do betão que constitui já um ‘comportamento estrutural’ do provete tracionado do
VRF, e não uma curva de fluência do material propriamente dito.
No entanto, será interessante verificar se as duas modalidades de ensaio conduzem a
comportamentos diferidos do betão consistentes entre si. Para o efeito, primeiramente
tomou-se a curva de fluência obtida no ensaio em controlo de força para o betão da classe
C40/50 e ajustou-se-lhe uma curva polinomial, como se pode observar na Figura 3.8, até uma
duração de ensaio de cerca de 170h. De notar que esta curva foi obtida considerando uma
tensão média de tração no betão de 1.63MPa.
Para se poderem comparar as respostas diferidas do betão obtidas nas duas variantes de
ensaio, no caso do controlo em deslocamento considerou-se que a força nos atuadores foi
aumentada em 8 incrementos iguais, sendo que no final do último incremento a tensão de
tração no betão alcançou o valor de 1.70MPa (praticamente igual à tensão média de 1.63MPa
registada no ensaio em controlo de força). Assim, em cada incremento a tensão do betão no
ensaio em controlo de deslocamento sofreu um aumento de ~1.70MPa/8.
Seguidamente a resposta em fluência do provete do ensaio em controlo de deslocamento
foi obtida (de forma aproximada) somando os contributos das sucessivas extensões diferidas
do betão de duas formas alternativas: (i) assumindo que a curva de fluência registada no
ensaio em controlo de força se manteve constante ao longo do ensaio em controlo de
deslocamento; (ii) admitindo que ao longo das 170h do ensaio em controlo de deslocamento
as sucessivas curvas de fluência do betão sofreram uma diminuição de cerca de 35% (5% por
cada 15h de ensaio), relativamente à curva de fluência descrita pelo polinómio ajustado na
Figura 3.8. A hipótese (ii) corresponde a escalar o referido polinómio ajustado com o fator
10.35=0.65 (na hipótese (i) o fator de ajuste é 1.0).
As curvas de fluência obtidas para cada instante de aplicação de carga e com um fator
de escala igual a 1.0 (hipótese (i)) encontram-se reproduzidas na Figura 3.9. Procedendo à
Ensaio no VRF, em controlo de deslocamento 31
soma das contribuições destas 8 curvas para cada instante de tempo, a curva de deformação
diferida final previsível no ensaio em controlo de deslocamento é aproximadamente uma reta,
tal como reproduzido na Figura 3.10. Considerando a hipótese (ii) (fator de escala de 0.65) a
curva diferida obtida é muito similar à obtida para o fator de escala 1.0.
Figura 3.8 – Ajuste de curva polinomial à curva de fluência obtida no ensaio em controlo de força.
Figura 3.9 – Curvas de fluência para os 8 instantes de carga, considerando um fator de escala igual a 1.
Para ambas as hipóteses assinala-se na Figura 3.10 a excelente concordância das curvas
de fluência previstas (recorrendo ao procedimento incremental baseado na sobreposição das
deformações de fluência referentes a diferentes escalões de carga) com a registada
experimentalmente no ensaio em controlo de deslocamento. Este facto permite reforçar a
credibilidade da curva de fluência registada experimentalmente no ensaio em controlo de
deslocamento, cuja configuração quase-linear despertou inicialmente alguma perplexidade.
32 Capítulo 3
Figura 3.10 – Fluência obtida experimentalmente e prevista para o ensaio em controlo de deslocamento.
De assinalar que as curvas previstas com base no comportamento diferido do betão
registado no ensaio realizado no VRF em controlo de força, mesmo que ajustadas com fatores
de escala variando arbitrariamente num amplo intervalo de 0.65 a 1.0, enquadram bastante
bem a resposta experimental observada no ensaio em controlo de deslocamento. Esta
constatação sustenta a forte convicção de que a condução do ensaio no VRF em controlo de
força ou em controlo de deslocamento proporciona duas modalidades de caraterização do
comportamento diferido do betão muito consistentes entre si, quando este material se encontra
sujeito a tensões de tração induzidas pela restrição das deformações intrínsecas.
4. ENSAIOS NO VRF COM DIFERENTES FORÇAS APLICADAS.
COMPARAÇÃO DA FLUÊNCIA EM COMPRESSÃO E EM
TRAÇÃO.
4.1 Introdução
Uma das potencialidades do ensaio VRF de restrição controlada, desenvolvido no âmbito do
projeto PTDC/ECM/099250/2008 para caraterização do comportamento do betão sob
deformações impedidas, é a capacidade de determinar a curva de fluência do betão sob
tensões de tração.
Uma das questões que se poderia colocar relativamente à robustez da técnica de ensaio
baseada no VRF seria se o valor da tensão aplicada ao betão, expressa em percentagem da
resistência à tração média deste material, teria efeito sobre a fluência específica medida. Para
isso neste capítulo comparam-se os resultados das medições obtidas para a fluência específica
com diferentes tensões de tração aplicadas ao betão, em ensaios realizados no VRF em modo
de controlo de força.
Outro aspeto interessante a comparar, igualmente incluído no presente relatório, é a
grandeza da fluência específica medida em tração com a obtida em ensaios convencionais de
fluência à compressão.
34 Capítulo 4
4.2 Ensaio em controlo de força, com uma tensão de tração no betão de 0.30fctm,2d
4.2.1 Introdução
Realizou-se um ensaio no VRF em controlo de força, similar ao realizado para o betão C40/50
durante a campanha experimental apresentada no Capítulo 2, mas agora com uma tensão de
tração instalada no betão de cerca de ~0.30fctm,2d (em vez do valor ~0.55fctm,2d adotado no
Capítulo 2). O principal objetivo deste ensaio é dissipar as dúvidas sobre a independência dos
resultados do ensaio relativamente à percentagem de tensão de tração aplicada no betão. O
betão utilizado coincide com o da classe C40/50 utilizado no Capítulo 2.
4.2.2 Resultados obtidos
Na Figura 4.1 reproduz-se a tensão de tração aplicada ao betão durante todo o ensaio, tendo-se
procurado que esta permanecesse o mais constante possível e com um valor correspondente a
0.30fctm,2d.
Na Figura 4.2 ilustra-se a força aplicada no sistema através dos cilindros hidráulicos,
que está em concordância com a tensão de tração pretendida para o betão do provete armado.
No que diz respeito à extensão total do provete, à extensão de retração livre do betão e à
extensão elástica do betão, estas encontram-se reproduzidas na Figura 4.3, na Figura 4.4 e na
Figura 4.5, respetivamente.
Um dos resultados mais importantes deste ensaio é a extensão de fluência (Figura 4.6),
sendo que é importante normalizar esta extensão relativamente à tensão de tração aplicada ao
betão, por forma a ser diretamente comparável com outros ensaios onde não foi aplicada a
mesma tensão ao betão. Para isso apresenta-se na Figura 4.7 a fluência específica deste betão.
Por último, na Figura 4.8 apresenta-se o coeficiente de fluência obtido.
Figura 4.1 – Tensão de tração aplicada no betão no ensaio com 0.30fctm,2d.
Ensaios no VRF com diferentes forças aplicadas. Comparação da fluência em compressão e em tração. 35
Figura 4.2 – Força aplicada em cada um dos varões no ensaio com 0.30fctm,2d.
Figura 4.3 – Extensão total do betão no ensaio com 0.30fctm,2d.
Figura 4.4 – Extensão de retração livre do betão.
36 Capítulo 4
Figura 4.5 – Extensão elástica do betão no ensaio com 0.30fctm,2d.
Figura 4.6 – Extensão de fluência em tração do betão no ensaio com 0.30fctm,2d.
Figura 4.7 – Fluência específica no ensaio com 0.30fctm,2d.
Ensaios no VRF com diferentes forças aplicadas. Comparação da fluência em compressão e em tração. 37
Figura 4.8 – Coeficiente de fluência determinado no ensaio com 0.30fctm,2d.
4.2.3 Comparação dos ensaios com tensões de tração no betão de 0.55fctm,2d e 0.30fctm,2d
Conforme referido, estes dois ensaios foram realizados para dois betões da mesma classe
C40/50, sendo que a única diferença está relacionada com a tensão de tração aplicada ao betão
dos provetes testados no VRF.
Na Figura 4.9 apresenta-se a comparação em termos da tensão de tração aplicada ao
betão nos dois ensaios. Relativamente às forças aplicadas pelos atuadores hidráulicos, estas
encontram-se representadas na Figura 4.10. A extensão total, a extensão de retração e a
extensão elástica estão reproduzidas na Figura 4.11, na Figura 4.12 e na Figura 4.13,
respetivamente.
Figura 4.9 – Tensão de tração instalada no betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
38 Capítulo 4
Figura 4.10 – Forças aplicadas em cada um dos varões nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
Figura 4.11 – Extensões totais do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
Figura 4.12 – Extensões de retração do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
Ensaios no VRF com diferentes forças aplicadas. Comparação da fluência em compressão e em tração. 39
Figura 4.13 – Extensões elásticas do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
Figura 4.14 – Extensões de fluência do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
Figura 4.15 – Extensões de fluência específica do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
40 Capítulo 4
Figura 4.16 – Coeficientes de fluência do betão nos ensaios com 0.55fctm,2d e 0.3fctm,2d.
A comparação direta dos ensaios realizados com tensões de tração instaladas no betão
de 0.55fctm,2d e 0.30fctm,2d tem de ser efetuada em termos da fluência específica do betão (o que
é realizado na Figura 4.15), ou com base no coeficiente de fluência (representado na Figura
4.16). Como seria de esperar, nos dois ensaios obteve-se uma concordância das curvas de
retração, o que permitiu confirmar os resultados obtidos e garantir a robustez das medições
efetuadas. De notar que se trata de betões com amassaduras realizadas em diferentes alturas
do ano, embora se tenha tido o cuidado de as realizar com condições de cura bastantes
semelhantes.
Comparando as fluências específicas e os coeficientes de fluência obtidos nos dois
ensaios constata-se que houve uma quase coincidência de resultados, o que permite concluir
que a percentagem da tensão de tração aplicada ao betão não afetou o comportamento diferido
deste material. Este facto também permitiu ganhar confiança nos resultados obtidos com base
no VRF e no protocolo de ensaio adotado. A curva da fluência específica no ensaio com
0.30fctm,2d é mais irregular do que a referente ao ensaio com 0.55fctm,2d, pois a carga aplicada é
menor, o que implica uma menor precisão na medição das extensões pelos sensores.
4.3 Fluência em compressão
4.3.1 Protocolo de ensaio
O ensaio de fluência à compressão é o mais comummente adotado para caraterizar o
comportamento diferido do betão, pelo que foi igualmente realizado no presente trabalho para
comparação com a fluência em tração obtida diretamente do equipamento VRF. Para o efeito
Ensaios no VRF com diferentes forças aplicadas. Comparação da fluência em compressão e em tração. 41
o ensaio de fluência à compressão foi conduzido numa câmara climática com T=20ºC e
HR=50%, isto é, as mesmas condições adotadas para os ensaios realizados no VRF.
Realizaram-se dois provetes com a mesma amassadura, que foram ensaiados à
compressão num associação em série num bastidor de fluência (ver Figura 4.17), sendo cada
um destes provetes instrumentado com um sensor de cordas vibrantes embebido. O sistema de
aplicação da carga de compressão dispõe de uma rótula para minimizar os desvios da
axialidade da força aplicada, bem como de uma célula de carga para a medição da força em
cada instante. Após a betonagem os provetes permaneceram em repouso durante 24h. Depois
deste período os provetes foram descofrados, e decorridas 48h sobre a betonagem os provetes
foram carregados em compressão no bastidor de fluência, seguindo um protocolo de
carregamento idêntico ao adotado na campanha experimental realizada com o VRF.
Figura 4.17 – Setup do ensaio de caracterização da fluência do betão em compressão.
4.3.2 Resultados
Os resultados obtidos para a fluência em compressão referem-se aos betões C40/50 e C20/25
caraterizados no Capítulo 2. Relativamente ao betão C40/50 a comparação da fluência
específica em compressão e em tração pode ser observada na Figura 4.18; a Figura 4.19
reproduz ponto a ponto a razão entre a fluência específica em compressão e em tração.
De forma análoga apresentam-se na Figura 4.20 e na Figura 4.21 os resultados
correspondentes ao betão da classe C20/25.
42 Capítulo 4
Observa-se praticamente o mesmo comportamento para as duas classes de betão, sendo
que a fluência específica em compressão é cerca do dobro da fluência específica em tração.
Figura 4.18 – Fluência específica em compressão e em tração para o betão C40/50.
Figura 4.19 – Relação entre fluência específica em compressão e em tração para o betão C40/50.
Ensaios no VRF com diferentes forças aplicadas. Comparação da fluência em compressão e em tração. 43
Figura 4.20 – Fluência específica em compressão e em tração para o betão C20/25.
Figura 4.21 – Relação entre fluência específica em compressão e em tração para o betão C20/25.
5. CONCLUSÃO
Neste relatório são apresentados os principais resultados alcançados no âmbito do projeto
PTDC/ECM/099250/2008, relativos à execução da Tarefa 5. Os resultados obtidos referem-se
a uma campanha experimental para caraterização do comportamento de betões tracionados
devido a impedimentos a deformações intrínsecas, com particular destaque para a retração,
campanha essa realizada com base no dispositivo experimental VRF – ‘Variable Restraining
Frame’ desenvolvido na Tarefa 4. De referir que o ensaio é conduzido tendo por base a
medição da extensão livre de um provete sem restrições, com a mesma secção transversal e o
mesmo betão do provete (armado) ensaiado no VRF, o que permite determinar a retração e
deformação térmicas livres. O ensaio é então conduzido no VRF por forma a restringir de
forma ativa e controlada essas deformações livres, tal como sucede em estruturas de betão
armado sujeitas a restrições (por exemplo, muros e lajes betonados em fase posterior à de
elementos estruturais restritores).
Durante a campanha experimental da Tarefa 5 foram caracterizados três tipos de betões,
com classes de resistência C40/50, C35/45 e C20/25 e diferentes relações w/c; foi ainda
ensaiado um quarto betão, referente a um caso de obra estudado na Tarefa 7. Quando
comparadas as fluências específicas em tração dos vários betões, verificou-se que quanto
maior a relação w/c maior será a fluência específica espetável para o betão correspondente.
46 Capítulo 5
A campanha experimental e o processo para obtenção das curvas de fluência do betão
em tração foram essencialmente conduzidas mantendo constante a tensão no provete betão
armado do VRF, sendo os ensaios conduzidos em modo de ‘controlo de força’.
Desenvolveu-se ainda uma variante de ensaio onde se manteve nulo o alongamento médio do
provete, correspondendo a um modo de ensaio com ‘controlo de deslocamento’.
Aproveitou-se para comparar o comportamento do betão em termos de fluência
específica sob condições de compressão (a mais usual) e em tração (menos comum, mas de
maior interesse para o estudo de estruturas de betão armado sujeitas a restrições às
deformações intrínsecas). Para um dos betões ensaiados verificou-se que a fluência específica
em compressão foi praticamente dupla da obtida em tração. Contudo, como este não era o
principal objetivo deste projeto, não foi possível aprofundar adequadamente esta comparação,
pelo que é necessário a realização de mais ensaios para retirar conclusões mais fundamentadas
para um gama de amassaduras maior.
Realizaram-se ensaios no VRF onde se aplicaram diferentes forças para um mesmo
betão, sendo que os resultados obtidos foram sensivelmente os mesmos em termos da fluência
específica em tração, o que sugere que a técnica de ensaio proposta é praticamente
independente da carga aplicada.
Finalmente, é de assinalar a elevada qualidade dos resultados obtidos com o VRF, seja
em termos da precisão e regularidade das curvas obtidas, seja em termos da repetibilidade da
técnica de ensaio ou ainda da própria robustez do protocolo de ensaio proposto, que decorreu
no interior de uma câmara climática. Uma grande potencialidade evidenciada pela
metodologia de ensaio utilizada (em qualquer modo de controlo) é a de não ser comprometida
pela acidental ocorrência de fissuração no provete de betão tracionado no VRF, o que torna
esta técnica de ensaio praticamente única a nível internacional (na generalidade das técnicas
de ensaio congéneres a fissuração do betão conduz ao cancelamento do ensaio de
caraterização). A qualidade dos resultados obtidos – que é superior à expectável no início do
projeto – e a singularidade de o VRF possibilitar o prosseguimento do ensaio mesmo após a
fissuração do provete tracionado não tem paralelo a nível nacional, e é de extrema relevância
científica a nível internacional.
REFERÊNCIAS
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[3] R. Favre et al. (2004), Dimensionnement des structures en béton: aptitude au service,
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[6] L. Teixeira, L. Leitão, R. Faria e M. Azenha (2012), Ensaio de restrição axial controlada
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[7] L. Teixeira, L. Leitão, R. Faria e M. Azenha (2012), Ensaio de restrição axial controlada
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[8] M. Azenha (2009), Numerical simulation of the structural behaviour of concrete since its
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