A cada dia os custos econômicos e sociais da corrosão de armaduras nas estruturas de concreto armado têm se tornado mais significativos nas economias dos países, tanto desenvolvidos, quanto em desenvolvimento. Em 2004, a Alemanha gastou aproximadamente 90 bilhões de euros com manutenção e reparo de estruturas de concreto armado, o correspondente a 50% do total gasto na construção civil deste país. Essa parcela é ainda maior no caso da Itália, onde chega a 57% (UEDA & TAKEWAKA, 2007). Esses gastos mostram o crescimento do mercado mundial de reparo e proteção de estruturas de concreto. Esse mercado já conta com várias soluções disponíveis e a cada dia novos produtos surgem, e outros tantos estão em estudo, seja para a prevenção ou para terapia da corrosão. Diante dessa gama de produtos e sistemas para prevenção e reparo, os engenheiros responsáveis por prescrevê-los para as obras de recuperação, reforço e proteção, precisam conhecer adequadamente o seu comportamento e sua real eficácia, ou seja, precisam dispor de metodologias para bem avaliar a viabilidade técnica e econômica dos sistemas e dos produtos disponíveis. O estudo desenvolvido durante esta tese procurou, de forma bastante abrangente, avaliar o comportamento eletroquímico, em campo e em laboratório, de seis diferentes sistemas de reparo para estruturas de concreto com corrosão de armaduras, com características bastante distintas. Em campo foi proposto e aplicado um método deavaliação e comparação destes sistemas, utilizando como parâmetros o potencial e a intensidade de corrosão. Em laboratório, além destes parâmetros eletroquímicos, outros parâmetros físicos e mecânicos também foram avaliados. ) Os resultados obtidos em campo mostraram tendências de comportamento bastante interessantes dos sistemas de reparo avaliados, que, apesar do prazo curto para a realização do experimento (2 anos), permitiram extrair algumas informações importantes acerca do comportamento destes na situação real de uso. Além disso, esta pesquisa mostrou que o método de avaliação aqui proposto é bastante promissor. Os resultados de laboratório, além de contribuir para o entendimento do comportamento dos diferentes sistemas, mostraram a complexidade da avaliação dos sistemas de reparo e a necessidade de consideração das variáveis importantes no problema. / Social and economic costs due to reinforcement corrosion are becoming even more significant all over the world, in developed countries and also in under development ones. In 2004, Germany has spent approximately 90 billion euros with maintenance and repair of concrete structures, what corresponds to 50% of all money spent on Germany\'s civil construction sector. In Italy, this percentage is even greater, reaching 57% (UEDA & TAKEWAKA, 2007). These facts show an increase in the world market of maintenance and repair of concrete structures. There are already many maintenance and repair solutions available and there are more solutions being released every day. Due to this great diversity of solutions, the engineer responsible for recommending their use, must know properly their behavior and real efficiency. This study aimed to evaluate the electrochemical behavior of six different repair systems for concrete with reinforcement corrosion, on-site and in the laboratory. On site an evaluation and comparison method based on corrosion potential and intensity was proposed and applied. In the laboratory, besides these parameters, physical and mechanical ones were also evaluated. Despite the experiment\'s short duration (2 years), the on-site results showed interesting behavior trends for the evaluated systems, allowing some important information about them to be extracted. Nevertheless, the proposed method has showed itself to be very promising. The results obtained in thelaboratory have made great contribution on understanding the systems repair\'s behaviors. Furthermore they showed the complexity of this theme and the necessity of consideration of all playing variables.

Durante muito tempo as estruturas de concreto foram consideradas livres de manutenção, ou seja, estruturas quase eternas a menos que fossem sobrecarregadas ou destruídas intencionalmente ou por acidente. Esse pensamento caiu por terra nas últimas décadas quando várias estruturas de concreto começaram a apresentar problemas degradando-se bem mais rápido que o esperado. O monitoramento estrutural nasceu da necessidade de acessar a condição de segurança de uma estrutura de forma mais rápida, precisa e com o benefício de criar uma base de dados sobre a estrutura monitorada. O monitoramento de edifícios ainda é um assunto pouco abordado nas pesquisas e publicações. O alto custo agregado às pontes, viadutos e outras grandes estruturas atraem o interesse de pesquisadores e fabricantes de equipamentos. O problema escolhido como alvo no monitoramento a ser desenvolvido foi a degradação de blocos de fundações em concreto armado com reação álcali-agregado (RAA) pela dificuldade de acesso em inspeções. Uma simulação da expansão causado por RAA em concreto foi desenvolvida para experimentos com sensores e técnicas de monitoramento de fundações. No experimento foram testadas aplicações de strain gauges na armadura, na superfície através de um long gauge adaptado e LVDTs (linear variable differential transformer) aplicados na superfície. A ancoragem dos long gauges não suportou o esforço, impedindo a correta avaliação do sensor. Os LVDTs têm grande potencial para acompanhar o desenvolvimento de fissuras, mas sofrem depois de alguma expansão, pois se desalinham com a superfície do concreto. Os strain gauges aplicados na armadura mostraram boa relação com a expansão medida e têm grande potencial no monitoramento. O processo de decisão e projeto do monitoramento para os blocos é explicado e definido. Uma proposta de aplicação do conceito de estrutura tolerante a dano aos blocos de fundação com RAA é dada para otimização de planos de manutenção e intervenções. / For a long time, concrete structures were considered \"maintenance-free\", i.e. quasi eternal, unless they were overloaded or destroyed intentionally or by accident. This thought has been reconsidered in recent decades when several concrete structures began to present problems and degraded much faster than expected. Structural monitoring has been originated from the need to access the safety condition of a structure more quickly, accurately and with the benefit of creating a database of the structure monitored. The high cost related to bridges, overpasses and other large structures still attracts the interest of researchers and equipment manufacturers. However, the monitoring of buildings is still a subject rarely addressed in research and publications. The problem chosen to be addressed in this research is the degradation of reinforced concrete foundation blocks by alkali-aggregate reaction (AAR) due to difficult access during inspections and unpredictable development of the problem. A review on the sensors available on the market and on monitoring techniques used in other structures with the problem was undertaken. A simulation of the AAR`s expansion in concrete has been developed for an experiment with sensors and monitoring techniques of foundations. In this experiment, strain gauges were applied on the reinforcing bars and adapted on a long gauge on the surface. LVDTs (linear variable differential transformer) were also applied on the surface. The anchoring of the long gauges did not support the applied tension, preventing a correct evaluation of the sensor. LVDTs have great potential to monitor the development of cracks, but after the concrete suffering some expansion, they get misaligned with the surface. The strain gauges used in the armor showed a good relation with the expansion and have great potential in monitoring. The whole decision and design process for the structural health monitoring (SHM) for AAR attacked foundation blocks is explained and the project is defined. A proposal of a damage-tolerant approach for the block is given for optimization of maintenance and interventions.

O trabalho tem como objetivo a utilização do método dos elementos finitos para o cálculo da durabilidade de componentes mecânicos. Para isso, foi desenvolvido um estudo de caso que contempla, passo a passo, a metodologia utilizada. Um conjunto knuckle assembly dianteiro de um veículo off-road, fornecido por uma montadora nacional foi utilizado no estudo de caso. A geometria foi discretizada e modelada em software de pré-processamento em elementos finitos, o MSC.Patran®. Em seguida, foi submetida à análise estática no solver MSC.Nastran® para enfim obter-se o cálculo de durabilidade através do solver Fatigue®. Uma extensa revisão teórica foi realizada a fim de que o estudo tivesse embasamento teórico. / The work has as objective the use of the finite elements method for the calculation of the components durability. A case study using the proposal methodology was developed. A front set knuckle assembly of an off-road vehicle, supplied by a national assembly company was used in the case study. Geometry was discretized and shaped in software of pre-processing in finite elements, the MSC.Patran®. After that, it was submitted to the static analysis using the solver MSC.Nastran®, and the durability calculation using the solver Fatigue®. An extensive theoretical revision was carried through so that the study had theoretical basement.

O presente trabalho contempla um estudo experimental de análise do comportamento de concretos projetados por via seca, através de ensaios indicadores dos principais parâmetros de durabilidade, constantes de especificações nacionais e internacionais. A pesquisa envolve a avaliação comparativa entre quatro tipos de cimento especialmente formulados para uso em concreto projetado, em relação a outros dois tipos de cimento tradicionalmente empregados na composição de misturas projetáveis, no que se refere ao atendimento aos requisitos relativos à durabilidade, normalmente especificados para o material. Os concretos projetados, elaborados com consumos de cimento de 300 kg/m³, 350 kg/m³, 400 kg/m³ e 450kg/m³ foram inicialmente caracterizados, no estado fresco, com base em ensaios de consistência e depois produzidas amostras, em condições similares às de obra e estas submetidas aos ensaios balizadores de parâmetros de durabilidade adotados neste estudo, a saber: Absorção por Imersão e Fervura, Índice de Vazios, Massa Específica Real; Absorção de Água por Capilaridade; Migração de Íons Cloreto; Resistividade Elétrica; Penetração de Água sob Pressão e Carbonatação Acelerada. Como alguns dos ensaios supracitados não são destrutivos, foi possível aproveitar corpos-de-prova, que foram depois submetidos a ensaios de resistência à compressão axial e à tração através da compressão diametral, que também contribuíram para caracterização do material. De um modo geral, os resultados foram satisfatórios e atenderam às especificações vigentes. Contudo, os concretos elaborados com cimentos especiais, formulados com granulometria mais fina e adição de metacaulim, apresentaram indicadores de durabilidade consideravelmente superiores aos dos concretos elaborados com cimentos convencionais ou mesmo cimentos especiais formulados com aditivos, inclusive para consumos relativamente baixos. Apesar de não ter sido o foco principal deste trabalho, vale ressaltar os surpreendentes resultados dos ensaios de resistência mecânica, obtidos para os concretos elaborados com cimentos especiais formulados com granulometria mais fina e adição de metacaulim, que atingiram valores de resistência à compressão nunca antes observados, fato que pode tornar o material bastante promissor. / The present work involves an experimental study with dry-mix shotcrete aiming at the behavior analysis, through indicative testing of the main durability parameters of national and international specifications. The research involves the use of four cement types especially formulated for use in shotcrete use in comparison with two other cements that are traditionally used in mix production for shotcrete spraying. The shotcrete mixtures were elaborated with cement consumptions of 300 kg/m³, 350 kg/m³, 400 kg/m³ and 450kg/m³. They were characterized initially, in the fresh state, in terms of stiffness tests, and later, cores were extracted to produce samples, in similar conditions and submitted to ordinary durability tests: Water Absorption, Volume of Voids, Specific Weight; Water Absorption by Capillarity; Chloride Migration; Electric Resistivity; Water Penetration under Pressure and Accelerated Carbonatation. As some of the tests are not destructive, some of the samples was used for compressive and tensile (Brazilian Test) strength determination, what also contributed to additional characterization of the material. In general, the results were very satisfactory and they fit to the specifications requirements. However, the shotcretes elaborated with special cements, formulated with finer gradation and metakaolin addition, presented a much better behavior in terms of durability indicators comparing to the shotcretes produced with conventional cements and cements formulated with accelerators, even when, relatively low consumption of cement was used. Despite not being the main focus of this work, it is worth mentioning the surprising results of the testing of mechanical resistance, obtained for the shotcretes elaborated with special cements formulated with finer gradation and metakaolin addition, which reached resistance values to the compression never observed, making it a promising material.

As estruturas de concreto armado existentes em regiões marítimas são fortemente atacadas por agentes agressivos, sendo os cloretos os causadores dos maiores danos quando atingem níveis críticos, afetando de forma significativa a vida útil do concreto. Nos últimos anos a comunidade científica vem realizando pesquisas relativas à penetração de cloretos e suas conseqüências, sendo a maioria desenvolvida em laboratórios. Em ambiente natural, no Brasil, foram realizadas pesquisas nas regiões Nordeste e Sul, mais especificamente no Rio Grande do Sul na cidade de Rio Grande. O litoral Norte do Rio Grande do Sul possui condições climáticas diversas em relação ao litoral Sul, apresentando municípios com significativo incremento na indústria da construção civil, justificando assim o desenvolvimento do estudo nesta região. Esta pesquisa tem por objetivo estudar a influência do tipo de cimento utilizado, do uso de adições de sílica ativa da relação água/aglomerante em relação à penetração de cloretos nas estruturas de concreto em ambiente natural. Foi analisado, também, o distanciamento da estrutura de concreto em relação ao mar e as condições ambientais do local, tais como direção dos ventos predominantes e umidade relativa. Para fundamentar a pesquisa, foram realizados ensaios químicos para determinar o teor de cloretos nas amostras retiradas dos corpos-de-prova colocados em Tramandaí a três distâncias do mar (50, 150 e 800 m) e junto a Lagoa Tramandaí (1800 m em relação ao mar), em Imbé, a diversas profundidades (superficial, 5, 15 e 25 mm). Os resultados indicam que quanto menor a relação água/aglomerante e maior o distanciamento em relação ao mar, menor o teor de cloretos que ingressam nas estruturas de concreto, sendo que a 800 m da orla marítima essa agressividade não é significativa. Concretos com as faces posicionadas a nordeste foram as que apresentaram maior penetração de cloretos. O uso de cimento CP V-ARI com adição de sílica ativa proporciona uma maior concentração superficial de cloretos no concreto, porém, um menor ingresso em seu interior. Nesta pesquisa, nenhum concreto atingiu o teor crítico de cloretos (0,15%) para o ambiente de atmosfera marítima onde foram expostos. / The reinforced concrete structures existing in maritime regions are heavily attacked by aggressive agents, with chlorides those who cause more damage when they reach critical levels, significantly affecting the life of the concrete. In recent years the scientific community is conducting research on the penetration of chlorides and their consequences, mostly developed in laboratories. In the natural environment, in Brazil, were searched in the Northeast and South, more specifically in Rio Grande do Sul in Rio Grande. The northern coast of Rio Grande do Sul has different climatic conditions over the south coast, with municipalities with a significant increase in the construction industry, thereby justifying the development of the study in this region. This research aims to study the influence of cement type, the use of additions of silica fume of the water / binder for the penetration of chlorides in the concrete structures in the natural environment. We also analyzed the distance of the concrete structure from the sea and the environmental conditions of the site, such as direction of prevailing winds and relative humidity. In support of this research, we conducted chemical tests to determine the chloride content in the samples of soils-proof Tramandaí placed in the three distances from the sea (50, 150 and 800 m) and along the lagoon Tramandaí (1800 m above the sea), in Imbé at various depths (surface, 5, 15 and 25 mm). The results indicate that the lower the water / binder and the greater the distance from the sea, the smaller the amount of chlorides entering the concrete structures, and 800 meters from the seafront this aggression is not significant. Concrete with faces positioned northeast showed the highest penetration of chlorides. The use of cement CP V-ARI with the addition of silica fume provides greater surface concentration of chlorides in concrete, however, a lower entry inside. In this study, no case has reached the critical content of chloride (0.15%) to the environment of maritime atmosphere where they were exposed.

A seleção adequada dos materiais e do processo de fabricação de rotores hidráulicos de turbinas Francis continua entre os maiores desafios enfrentados pelas empresas do setor desde sua criação no final do século XIX. A garantia de operação dessas máquinas está diretamente ligada à confiabilidade dos materiais, projetos e dos processos de fabricação, além da rigorosa observação de procedimentos e normas. Para que se consiga assegurar que ao final do processo de fabricação os procedimentos tenham sido respeitados, inúmeros testes são necessários. Alguns destes testes, porém podem afetar as próprias diretrizes para a execução do projeto ou fabricação. Um exemplo é o ensaio de propagação de trincas em diferentes arames de fabricação tipo GMAW e FCAW, que foi realizado com materiais cuja energia de absorção de impacto variava entre 30 e 100 J. Os resultados mostraram que o trabalho de impacto do material influencia consideravelmente a tenacidade e a velocidade de crescimento de falhas, o que consequentemente leva à conclusão de que esta propriedade define a margem de segurança do material contra propagação de trincas em aplicações como a construção de rotores hidráulicos soldados. Materiais com valores superiores de energia de impacto registraram um melhor comportamento com relação à propagação de falhas sendo mais adequados em regiões de altos esforços cíclicos, como as conexões de rotores Francis (pás x cubo x coroa). O trabalho mostra ainda quais os meios metalúrgicos e químicos necessários para se atingir um material com energia de impacto superior, demonstrando que os efeitos da ductilidade do material são mais significativos do que a resistência mecânica à tração. O que põe em xeque os padrões de dimensionamento dos componentes puramente baseados na comparação de tensões estáticas com a propriedade de resistência do material em seus limites de escoamento e ruptura. / The selection of materials and manufacturing process of hydraulic Francis Runners is one of the greatest challenges faced by sector companies since their establishment in the late 19th century. The guarantee of operation of these machines is directly linked to the reliability of the materials, designs and manufacturing processes, as well as the strict observation of procedures and standards. In order to ensure that procedures have been followed to at the end of the manufacturing process, numerous tests are required. Some of these tests, however, may affect some guidelines for project or manufacturing execution. An example is the crack propagation test on different types of manufacturing wires GMAW and FCAW, which were carried out with materials that energy of impact absorption varied from 30 to 100 J. The results showed that the impact work of the material influences considerably the tenacity and the crack growth rate, which consequently leads to the conclusion that this property defines the safety margin of the material against the cracks propagation in applications such as the construction by welding of hydraulic runners. Materials with higher values of impact energy showed a better behavior related to the failure propagation being more adequate in regions of high cyclic stresses such as the connections of Francis runners (blades x band x crown). The paper also shows the metallurgical and chemical requirements to obtain a material with higher impact energy, demonstrating that the effects of material ductility are more significant than the mechanical tensile strength. This fact challenges the current design standards of components based purely on the comparison of static tensions with the resistance property of the material at their resistance and rupture limits.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação da Professora Doutora Maria de Lurdes Lopes

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Construções). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Materiais e Processos de Construção). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008