Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/1822/3257

TítuloEstruturas inteligentes utilizando betão e polímero reforçado com fibras de carbono
Autor(es)Silva, Bruno Joel Martins da
Orientador(es)Jalali, Said
Data2005
Resumo(s)O investimento em infraestruturas de engenharia civil sofreu um crescimento acentuado nas últimas décadas, representando de um modo geral os investimentos mais dispendiosos das nossas sociedades. Durante anos, a manutenção das construções nunca foi devidamente equacionada. No entanto, o desempenho de muitas dessas construções tem vindo a diminuir, podendo inclusive reduzir a segurança até à ruína de forma inadmissível em termos sócio-económicos, sendo os proprietários e organismos responsáveis confrontados com a necessidade de estabelecer programas de reabilitação que exigem orçamentos avultados. O evitar da degradação dessas estruturas até níveis insustentáveis poderá passar pelo maior controlo de execução da obra, pelo recurso a materiais mais duráveis e pela implementação de sistemas de monitorização. Recorrendo à tecnologia disponível, é possível monitorizar uma série de parâmetros fundamentais, quer ao nível do comportamento mecânico, quer ao nível da integridade e durabilidade dos materiais. A generalização do uso da monitorização poderá passar pelo recurso a materiais inteligentes. Estes materiais podem ser obtidos a partir de elementos introduzidos na composição de materiais correntes, ou mesmo recorrendo a materiais convencionais, através do estudo de certas características tais como as propriedades eléctricas. Neste trabalho, estudou-se a resistividade eléctrica do betão simples e do betão reforçado com fibras de carbono (CFRC), de forma a averiguar a possibilidade de monitorizar certos parâmetros que influenciam a durabilidade das construções. Neste sentido, efectuou-se uma campanha de ensaios laboratoriais com o objectivo de aferir a capacidade deste material constituir uma “Estrutura Inteligente”. Constatou-se que a temperatura influencia o valor da resistividade do betão. Com base nos ensaios elaborados, estabeleceu-se uma relação entre a temperatura e a resistividade a partir da equação de Arrhenius, permitindo converter um determinado valor de resistividade medido a uma determinada temperatura positiva, para um valor de resistividade a uma temperatura de referência. Estabeleceu-se uma relação entre a resistência à compressão e a evolução da resistividade eléctrica do betão simples e CFRC, permitindo estimar a tensão de rotura à compressão com base no valor da resistividade eléctrica. A aplicação de métodos consagrados para determinar a evolução da resistência do betão com a idade mostrou-se aplicável à evolução da resistividade com a idade. Com base nestes métodos, foi possível estimar a resistência à compressão do betão aos 28 dias com base nas leituras de resistividade até aos 7 dias, de forma não destrutiva. Estudou-se a influência da presença de cloretos na resistividade eléctrica do betão simples e CFRC, concluindo que aparentemente, a presença de cloretos no betão não altera de forma significativa a sua resistividade, não sendo possível estabelecer uma relação com aplicação prática para os valores de concentração de cloretos indicados nas normas em vigor. Foram realizados ensaios CTH – Rapid Method onde se registou a evolução da resistividade do provete, assim como da temperatura. Concluiu-se que neste tipo de ensaios, o aumento da temperatura do provete causado pela passagem da corrente eléctrica deturpa o valor da resistividade e da intensidade da corrente, pelo que é proposto o cálculo da resistividade para uma temperatura constante de referência. Por fim, construiu-se um novo tipo de sensor, robusto e de baixo custo, a partir de um polímero reforçado com fibras de carbono. O sensor mostrou grande aptidão para funcionar como instrumento de medição de deformações em solos submetidos a carregamento.
The investment in civil engineering infrastructure has suffered a gradual increase in the last few decades, usually representing the largest investments societies make. For many years, the maintenance of structures was never properly considered. As a result, the performance of these constructions has diminished up to a point where it has become unacceptable from a social-economical point of view. The owners and entities responsible for the structures are faced with the need to implement highly expensive rehabilitation programs. Avoiding such levels of degradation can be obtained by greater quality control during construction, the use of more durable materials and by implementing monitorization systems. Using currently available technology, it is possible to monitor a series of fundamental parameters, regarding both the mechanical properties and the durability properties of the materials. The generalized use of monitorization could become a reality through the use of intelligent materials. These materials are obtained by either adding special elements to a concrete mixture, or by using conventional materials and the study of their electrical properties. In this research, the electrical resistivity of simple concrete reinforced with carbon fibres (CFRC) was studies so as to evaluate the possibility of monitoring certain parameters that influence the durability of constructions. A test program was developed to evaluate the possibility that this material constitutes an “intelligent” one. It was observed that the temperature has a large influence on the electrical resistivity of concrete. Based on test results, a relationship was established based on the Arrhenius equation that allows the conversion of an electrical resistivity value at a given temperature into another at a standard temperature. A relationship between the compressive strength and the electrical resistivity of simple concrete and CFRC was established, allowing the estimation of the compressive strength based on the electrical resistivity value. The use of well known method for predicting the strength with age has shown to be applicable to resistivity as well. Based on these methods, it was possible to estimate the compressive resistance of concrete at 28 day based on the values of electrical resistivity for 7 days. It was noted that the presence of chlorides in the cementitious matrix apparently does not influence significantly the value electrical resistivity in plain concrete and in concrete reinforced with carbon fibres. Therefore, it was not possible to establish a relationship for a practical application of predicting the chloride concentration in concrete. It was concluded that, for the non-stationary migration tests where the electrical resistivity and the temperature of the specimen were measured, the increase in temperature resulting from the passing current affects the electrical resistivity and the current intensity. Therefore, a proposal for the calculation of the electrical resistivity at a constant reference temperature is given. In conclusion, a low cost, robust sensor was built based on polymer reinforced carbon fibres. The sensor has shown great aptitude to perform as an instrument to measure deformations in soils subject to loads.
TipomasterThesis
DescriçãoDissertação de mestrado em Engenharia Civil - Processos e Gestão da Construção.
URIhttp://hdl.handle.net/1822/3257
AcessoopenAccess
Aparece nas coleções:BUM - Dissertações de Mestrado

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