Análise Experimental de Estruturas de Betão

   A análise experimental ocupa um lugar primordial na investigação em geral e em particular na engenharia estrutural, para o estudo do comportamento das estruturas e avaliação e implementação da sua segurança.   Nas estruturas de betão, o estudo do esforço transverso, pré-esforço e do comportamento de lajes, entre outros, são essenciais para a compreensão e correcto dimensionamento de estruturas de betão.

   Toda a inovação tem que ser apoiada na experimentação.   Assim aconteceu no estudo do comportamento do betão armado, para a definição das relações entre os dois materiais e na descoberta das leis que os regem.   No betão pré-esforçado também a experimentação antecedeu a teorização.
A experimentação proporciona o conhecimento dos fenómenos estruturais pela investigação aplicada de determinados problemas e valida os métodos de cálculo, fornecendo informações que permitem o julgamento da segurança da estrutura e sugerindo modificações a aplicar em edificações futuras.

   Especialmente nos casos em que são difíceis de definir critérios de dimensionamento, condições de ligação ou efeitos da interacção entre os materiais constituintes da peça, bem como no desvendar dos aspectos oclusos da tecnologia, o método experimental será sempre soberano, já que revela com maior justeza a acção de todos os parâmetros envolvidos através da visão directa dos fenómenos estruturais.



   Nesse sentido não poderá ser considerado apenas como um complemento dos métodos teóricos de análise mas antes como um método essencial e indispensável na engenharia estrutural.

   Tem também virtudes pedagógicas uma vez que utiliza modelos mais descritíveis e por isso com maior impacto para o ensino.

   Na simulação de um comportamento físico através de um modelo matemático há sempre situações que não podem ser reproduzidas.   A aplicação destes modelos envolve, também, uma correcta quantificação de um número substancialmente elevado de parâmetros característicos dos materiais, que só é possível pela via da experimentação.   A eficácia do modelo passa necessariamente pela comprovação experimental, único meio de verificar se o comportamento simulado corresponde efectivamente ao comportamento real.

   Nas últimas décadas, a evolução da tecnologia da experimentação e o recurso a capacidades incrementadas da computação digital, possibilitou a interface entre os ensaios experimentais e a sua simulação através de modelos numéricos de análise.

   Actualmente verifica-se uma complementaridade cada vez maior entre as duas vias, experimental e numérica.   Os ensaios experimentais permitem aferir as simulações numéricas.

   Os resultados numéricos, por sua vez, servem de controlo aos obtidos na experimentação, denunciando eventuais erros decorrentes das limitações próprias da instrumentação ou de deficientes condições de realização do ensaio. Os modelos numéricos permitem, uma vez aferidos com os modelos experimentais, uma experimentação numérica mais versátil e económica.

   A experimentação tem sido largamente utilizada na Engenharia das Estruturas, nomeadamente:

• Na aferição de normas regulamentares e de modelos teóricos de análise e na observação de comportamentos impossíveis de modelar numericamente;
• Na caracterização das leis de comportamento dos materiais;
• No controlo do comportamento ao longo do tempo de estruturas de grandes dimensões, tais como barragens, pontes, etc.;
• Na observação do comportamento das estruturas, na verificação da eficiência de novos sistemas construtivos e na avaliação da capacidade resistente de estruturas degradadas;
• No apoio ao ensino, pela verificação do comportamento de estruturas conhecidas;
• Em estruturas de geometria irregular ou com condições de apoio ou solicitações não usuais;
• No estudo da deterioração das estruturas recorrendo a um envelhecimento artificial através de métodos de aceleração dos efeitos agressivos em laboratório.

   No estudo do comportamento de estruturas interessa fundamentalmente analisar os fenómenos físicos que originam alterações do seu estado de tensão e de deformação resultantes da aplicação de solicitações directas ou de fenómenos de coacção.   Esse estudo é por vezes mais facilmente conduzido através da análise do comportamento de sistemas mecânicos semelhantes, designados genericamente por modelos.

   Um modelo de uma estrutura ou de um elemento estrutural é, portanto, uma representação física semelhante, na qual é possível estabelecer uma correspondência entre determinadas grandezas em pontos homólogos do modelo e da estrutura.



   A experimentação em modelos estruturais engloba não só os ensaios em estruturas em tamanho natural, mas também as aplicações à escala reduzida, já que os resultados aí obtidos poderão ser extrapolados ao comportamento de outras estruturas, de diferentes dimensões ou construídas em diferentes materiais, por aplicação das relações de escala e de semelhança.

   Dos tipos de estruturas que poderão requerer uma análise por meio de um modelo físico destacam-se, entre outros:

• Estruturas ou zonas de estruturas de geometria ou com condições de apoio e de solicitação não usuais;
• Estruturas cujos materiais constituintes têm comportamento difícil de modelar analiticamente;
• Estruturas de grandes dimensões submetidas a acções dinâmicas;
• Estruturas para as quais as consequências de uma rotura seriam tão graves que se justifica uma confirmação do seu estudo analítico.

   A experimentação em modelos físicos e a modelação matemática devem ser complementares.   Os modelos experimentais aferem os modelos matemáticos, definindo o seu campo de aplicação e validando as hipóteses teóricas em que se baseou a sua formulação.   Os modelos analíticos, suficientemente aproximados, serão certamente utilizados preferencialmente aos modelos físicos, pela sua mais fácil aplicação e rapidez na obtenção dos resultados.   A análise computacional tende a reduzir os seus custos económicos e a aumentar as suas capacidades, do que resultará uma redução do campo de aplicação dos modelos experimentais no dimensionamento estrutural.

Autor: Ana Maria Sarmento Teixeira Bastos
Excerto Adaptado
Imagens: Australian Concrete Technologies, University of Toronto, Maine Department of Transportation

Fonte: engenhariacivil.com