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Trabalho de projecto para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil Submitted by Sónia Mestre (sonia.mestre@isel.pt) on 2021-07-15T15:18:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_2211.pdf: 85313688 bytes, checksum: ad9f69c56f160eee2487c8abab6e21d2 (MD5) Made available in DSpace on 2021-07-15T15:18:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_2211.pdf: 85313688 bytes, checksum: ad9f69c56f160eee2487c8abab6e21d2 (MD5) Previous issue date: 2021-05-15 N/A

A presente comunicação descreve o estudo paramétrico desenvolvido com base no método dos elementos finitos (MEF) para analisar a influência de factores geométricos e mecânicos no comportamento à flexo-compressão de pilares de betão armado (BA) reforçados com cantoneiras e presilhas de aço (steel caging). Com base num modelo de elementos finitos 3D, levou-se a cabo um estudo numérico sobre a influência de vários fatores no comportamento à flexo-compressão de pilares BA. Esses factores são: a dimensão dos pilares, a dimensão dos elementos que formam o reforço (cantoneiras e presilhas) e as propriedades mecânicas dos materiais constituintes do pilar de betão armado e do reforço (cantoneiras e presilhas de aço).

Para a avaliação da resposta de estruturas de edifícios de betão armado sujeitas à ação sísmica é importante definir um conjunto de parâmetros característicos do comportamento local dos elementos de betão armado, nomeadamente o deslocamento de cedência e o deslocamento último. Nas últimas décadas foram dados importantes passos na caracterização do comportamento cíclico de pilares de betão armado, mas persistem ainda algumas questões em aberto, nomeadamente no que se refere às diferenças entre a resposta a solicitações monotónicas e cíclicas, e para os carregamentos cíclicos entre solicitações uniaxiais e biaxiais. Por outro lado, é reconhecido que em elementos de betão armado carregados axialmente e sujeitos a esforços de flexão biaxiais se observa um agravamento da degradação de rigidez e a sua ductilidade é reduzida. O presente estudo enquadra-se numa vasta campanha de ensaios realizada sobre pilares retangulares de betão armado sujeitos à flexão cíclica, uniaxial e biaxial. Neste artigo é apresentada uma parte dos resultados e conclusões desse trabalho experimental, focando-se num conjunto de ensaios realizados em 6 pilares retangulares (3 ensaios monotónicos uniaxiais e 3 ensaios cíclicos com lei de deslocamentos impostos oblíqua com ângulos de 30o, 45o e 60o). É realizada uma análise dos resultados em termos de comportamento global dos pilares, da evolução do dano, das componentes de deformação e da dissipação de energia.

A deterioração das estruturas de betão armado, tais como, edifícios, pontes e viadutos resultante do envelhecimento dos materiais, da falta de controlo de qualidade durante a construção, da inexistência de planos adequados de inspeção e de manutenção da vida de serviço, bem como causas acidentais (ex:sismos) tem levado à degradação crescente das estruturas. A necessidade de reparação é frequentemente combinada com a necessidade de reforço das estruturas para que estas possam desempenhar com segurança as novas funções. No presente trabalho, faz-se inicialmente uma breve descrição das técnicas de reforço de estruturas de betão armado, convencionais e as técnicas de reforço por colagem de polímeros reforçados com fibras que reúnem um conjunto de propriedades que lhes garante alta resistência à tração, alto módulo de elasticidade, boa resistência à corrosão e principalmente aumento da capacidade de absorção de energia. Este estudo envolve uma revisão da literatura para o conhecimento do estado da arte no que concerne à aplicação de modelos analíticos para prever o desempenho de pilares de betão armado confinados com Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (CFRP), sujeitos a esforços de compressão. O aumento da capacidade de carga e de absorção de energia de elementos de betão confinados com sistemas de CFRP é influenciado por diversos parâmetros, nomeadamente, a resistência do betão, e a percentagem de CFRP. A avaliação qualitativa e quantitativa da influência dos parâmetros admitidos como mais significativos para o fenómeno em estudo foi efetuada pela aplicação dos modelos analíticos de confinamento, e validados com os resultados dos ensaios experimentais. Faz ainda parte deste trabalho o desenvolvimento de um modelo numérico para simular o comportamento à compressão monotónica de provetes de betão armado, de secção circular, confinados com CFRP, em que é demonstrado que uma análise numérica nos fornece ótimos resultados, apesar das limitações que a ferramenta de cálculo apresenta. The deterioration of reinforced concrete structures, such as buildings, bridges and overpasses resulting from the ageing of materials, lack of quality control during construction, by the missing of inappropriate plans of inspection and maintenance of service life, as well as accidental causes (example: earthquakes) has led to increase deterioration of the structures. The need to repair is often combined with the need to strengthen the structures so that they can safely perform new functions. The present study, begins with a brief description of reinforcement techniques of concrete structures, conventional and strengthening techniques with collage polymers reinforced with fiber that encounter a set of properties that guarantee them high tensile strength, high modulus of elasticity, good resistance to corrosion and mainly increase the capacity for energy absorption. This research involves a literature review to knowledge the state of the art regarding the application of analytical models to predict the performance of reinforced concrete columns confined with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP), submitted to compressive efforts. The increase load capacity and energy absorbing elements of concrete confined with CFRP systems is influenced by several parameters, including the strength of the concrete, and the percentage of CFRP. The qualitative and quantitative evaluation of the influence of the parameters accepted as more significant for the phenomenon under study was accomplished by applying the analytical models of confinement, and validated with experimental results. There was also the development of a numerical model to simulate monotonic compressive behavior of reinforced concrete test pieces, of circular cross-section, confined with CFRP, in which it is demonstrated that a numerical analysis provides excellent results, despite the limitations that the calculation tool displays.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Estruturas). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010

A preocupação com a vulnerabilidade sísmica dos edifícios é um tema que vem merecendo preocupação crescente, dada a natureza catastrófica que tem uma ocorrência sísmica de elevado amplitude, quer em termos de dimensão humana como material. Para minimizar os riscos sísmicos sobre a segurança das pessoas e da economia em geral, torna-se indispensável proceder ao reforço das construções mais vulneráveis. Podendo, de forma simplificada, considerar-se a acção sísmica como de carácter cíclica, e sendo os pilares elementos fulcrais na garantia da estabilidade global de uma estrutura porticada de betão armado, será de todo interesse estudarem-se os benefícios proporcionados por sistemas de reforço que aumentem a capacidade de absorção de energia deste tipo de elementos, quando submetidos a acções cíclicas. É objectivo deste trabalho o estudo de sistemas de confinamento constituídos por manta de fibra de carbono (CFRP) envolvendo toda a superfície exterior do elemento ou apenas certas partes deste. Ao primeiro sistema atribuiu-se a designação de “sistema de confinamento contínuo”, enquanto ao segundo sistema, constituído por faixas de manta de CFRP, foi dada a designação de “sistema de confinamento discreto”. O aumento da capacidade de carga e de absorção de energia de elementos de betão confinados com sistemas de CFRP é influenciado por diversos parâmetros, nomeadamente, a resistência do betão, a percentagem de CFRP, a configuração geométrica dos sistemas de confinamento, entre outros. A avaliação qualitativa e quantitativa da influência dos parâmetros admitidos como mais significativos para o fenómeno em estudo foi efectuada no âmbito do presente trabalho. Para tal, elementos de pilar foram submetidos a carregamentos monotónicos e cíclicos de compressão. Especial enfoque foi dado na avaliação da eficácia dos sistemas de reforço adoptados, quando aplicados a elementos de pilar submetidos a carregamentos monotónicos de compressão, dado existir, à data do início do presente trabalho, alguma investigação indiciando que a envolvente da resposta cíclica tensão-extensão nos elementos de pilar poderia ser razoavelmente simulada pela resposta monotónica em homólogos elementos. Faz ainda parte deste trabalho o desenvolvimento de um modelo analítico para simular o comportamento à compressão monotónica de provetes de betão armado, de secção circular, confinados parcial e totalmente com CFRP. The preoccupation with the seismic vulnerability of buildings is a subject that has been deserving an increasing attention given the catastrophic nature that a seismic incident of high amplitude has, both in terms of human and material dimension. To minimize the seismic risks on the security of the persons and of the economy in general, it is essential to proceed with the strengthening of the most vulnerable constructions. Preserve the resistance and ductility of concrete columns is fundamental to assure the stability of frame RC structures, mainly when subjected to a seismic event. Since the seismic action can be assumed, in a simplified way, as a cyclic loading, it is opportune to assess the benefits that distinct strengthening systems can provide in terms of the load carrying and the energy absorption capacities of these structural elements, when submitted to cyclic loading. The goal of this research is the study of concrete columns’ confinement systems with strips of wet lay-up carbon fibre reinforced polymer sheets (CFRP) or full confinement. The first system was named “partial confinement”, while the second system was designated as “full confinement”. The increase of the load and energy absorption ability of concrete elements when confined with CFRP is influenced by several parameters, namely, the concrete strength, the percentage of CFRP and the geometrical configuration of the confinement systems. In the ambit of the present work, it was carried the qualitative and quantitative evaluation of these parameters’ influence, admitted as the most important in the phenomenon’s study. For this purpose, columns’ elements were submitted to monotonic and cyclic compressive loading. Special attention was given to the evaluation of the confinement systems’ efficacy, when applied to column’s elements that were submitted to monotonic and cyclic compressive loading, once, in general, the stress-strain curve corresponding to the monotonic test can be considered to envelop the curve of the cyclic test. An analytical model was also developed to simulate the compressive stress-strain relationship of concrete columns confined by discrete and continuous CFRP arrangements. Trabalho de investigação co-financiado pelo Fundo Social Europeu, através do Programa de Desenvolvimento Educativo para Portugal, Medida 5 / Acção 5.3 – Formação Avançada de Docentes do Ensino Superior, e pela Escola Superior de Tecnologia e de Gestão do Instituto Politécnico de Bragança

Neste trabalho apresentam-se os resultados obtidos nos primeiros ensaios cíclicos com elementos de pilar de betão armado. Estes ensaios fazem parte de um projecto de investigação experimental e numérica relativo ao comportamento de pilares de betão armado reforçados com materiais de matriz polimérica reforçados com fibras de carbono. Biu Internacional, Nordesfer, Ferseque, Casais, Sercil, Solusel e VSL.

Mestrado em Engenharia Civil No decorrer de um sismo as estruturas estão sujeitas a deformações que podem levar os seus elementos estruturais ao estado limite de resistência, obrigando-os a ter um comportamento em regime não linear. A dificuldade da caracterização do comportamento da estrutura em regime inelástico obriga que, em projeto corrente sejam utilizados apenas métodos lineares simplificados. Com o desejo de recorrer efetivamente a métodos não lineares, tem-se vindo a desenvolver um amplo conjunto de alternativas de modelação estrutural. Contudo, a utilização de modelos realistas do comportamento estrutural não linear pode contribuir de forma notável para a verificação e calibração destes modelos numéricos, de forma a caracterizar e ajustar o melhor possível o comportamento dos materiais ou dos elementos modelados à resposta real observada. Neste contexto, é apresentado o principal objetivo deste trabalho, que se baseia na comparação do comportamento de pilares de betão armado com, e sem reforço sísmico sujeitos a ações cíclicas horizontais biaxiais obtido através da modelação numérica, com resultados experimentais. A campanha experimental englobou um conjunto de ensaios cíclicos num total de nove pilares de betão armado. Foram testados dois pilares sem reforço, quatro reforçados com recurso a FRP´s e três com cintagem metálica, com intuito de avaliar a eficiência das intervenções e facultar informações necessárias para a calibração dos modelos numéricos. A ferramenta numérica utilizada na realização deste trabalho foi o programa SeismoStrut v6.5. Esta ferramenta permite avaliar a resposta não linear do comportamento de uma estrutura face a uma ação sísmica, obtendo-se assim, no seguimento deste trabalho, simulações dos comportamentos dos pilares testados na campanha experimental, e posterior avaliação da fiabilidade demonstrada perante os resultados experimentais. Este estudo permitiu verificar um bom desempenho por parte da ferramenta de cálculo na representação do comportamento experimental, principalmente dos pilares reforçados com recurso a FRP´s. Porém, foram encontradas algumas dificuldades, nomeadamente na representação das regras internas de carga e descarga. During an earthquake the structures are subject to deformations that may lead his structural elements to resistance limit state, forcing them to have a behaviour in nonlinear regime. The difficulty in characterizing the behaviour of the structure in inelastic regime requires that only be used in current project simplified linear methods. With propose to use nonlinear methods, there has been developing a large pool of structural modelling alternatives. However, the application of realistic models of the non-linear structural behaviour might contribute notably for the examination and calibration of these numeric models, by adjusting as best as possible the materials behaviour or the elements modelled to the real response observed. In this context, the main objective of this work, which is based on comparison of the behaviour of seismic strengthened and non-strengthened RC columns under bidirectional horizontal loads obtained by numerical modelling with experimental results. The experimental testing campaign comprised a set of cyclic tests on nine RC columns. Two pillars unreinforced, four strengthened with FRP and three with steel jacketing were tasted, in order to evaluate the effectiveness of interventions and provide information for the calibration of numerical models. The software used in this work was SeismoStruct v6.5. This software allows to evaluate the non-linear response of a structure behaviour face a seismic load, thus obtaining, following this work, simulations of the pillars behaviour tested in the experimental testing campaign, and after that evaluation of the reliability demonstrated in front of the experimental results. This study showed a good performance of software in the representation of experimental behaviour, mainly of RC columns strengthened with the using FRP's. However, were found some difficulties, namely the representation of the internal rules of loading and unloading.