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Título: Estudo de técnicas alternativas para monitoramento ótico de tensões, deformações e temperatura em obras de engenharia
Outros títulos: Study of alternative techniques for optical monitoring of tension, deformation and temperature in engineering works
Autor(es): Lima, Marco Rogério Calheira
Orientador(es): Carvalho, José Camapum de
Assunto: Sensores
Fibras óticas
Sensores de Bragg
Curva de retenção
Data de publicação: 14-Fev-2019
Referência: LIMA, Marco Rogério Calheira. Estudo de técnicas alternativas para monitoramento ótico de tensões, deformações e temperatura em obras de engenharia. 2018. xxviii, 169 f., il. Tese (Doutorado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Resumo: Esta tese apresenta o estudo e definição de um sistema de monitoramento ótico baseado na tecnologia de redes de Bragg para tensões, deformações e variações de temperatura em estacas submetidas a provas de carga por compressão axial. A validação da técnica proposta é feita em termos de tensão e deformação por meio da comparação com os resultados obtidos da instrumentação convencional utilizando-se sensores resistivos elétricos (Strain Gages). Já a validação dos sensores térmicos foi feita por meio da comparação com as temperaturas ambientes a que os pilaretes foram submetidos. Os sensores de fibra de Bragg Grating (FBG) surgiram como uma ferramenta confiável para monitoramento de estruturas civis. Neste trabalho, foram pensados, projetados e implementados um sistema de proteção dos sensores de fibra óptica para aplicação em estruturas de concreto. Para isso, foram construídos cinco pilaretes de concreto de 15 x 15 cm de base por 50 cm de altura, instrumentados com sensores resistivos elétricos e sensores óticos, estes em diferentes configurações de montagem. Os pilaretes foram submetidos à ensaios de cargas estáticas em laboratório sendo as respectivas deformações e variações de temperatura monitoradas em cada estágio de carga. Com base nesse estudo definiu-se como melhor opção de montagem a colagem da fibra ótica na parede interna do tubo protetor, sendo essa técnica adotada nas estacas ensaiadas em campo. Finalmente, as validações experimentais obtidas indicam que o sistema de proteção para sensores óticos comportou-se adequadamente no ambiente estrutural de concreto e verificou-se uma boa semelhança entre os resultados obtidos pelos sensores de fibra óptica e os medidores de deformações convencionais de resistência elétrica. Esta instrumentação foi aplicada em três níveis de profundidade em duas estacas submetidas à prova de carga, onde os resultados de tensões e deformações que corresponderam a transferência de carga ao longo da estaca foram equivalentes nos dois sistemas. Os resultados de temperatura se mostrou o grande diferencial da instrumentação ótica desenvolvida, pois apresentou coerente com as medidas feitas diretamente sobre o solo e ao se verificar em laboratório o impacto da temperatura sobre a curva característica do solo esse torna-se um parâmetro relevante a ser monitorado quando das provas de carga uma vez que a sucção interfere diretamente na interação solo-estrutura. O estudo da variação da sucção e do comportamento do concreto com o tempo de cura constitui-se em mais uma contribuição importante dessa tese, pois a interação solo estrutura depende da sucção.
Abstract: This thesis presents the study and definition of an optical monitoring system based on the Fiber Bragg Gratting technology for tensions, deformations and temperature variations in stakes subjected to axial compression load tests. The validation of the proposed technique is done in terms of tension and deformation by comparison with the results obtained from conventional instrumentation using electrical resistive sensors (Strain Gages). The validation of the thermal sensors was done by means of the comparison with the ambient temperatures to which the little concrete columns were submitted. Fiber Bragg Grating (FBG) sensors have emerged as a reliable tool for monitoring civil structures. In this work, a system of protection of the optical fiber sensors for application in concrete structures was conceived, designed and implemented. For this, five concrete columns of 15 x 15 cm of base by 50 cm of height were built, instrumented with electrical resistive sensors and optical sensors, in different assembly configurations. The columns were subjected to static load tests in the laboratory and the respective deformations and temperature variations were monitored at each loading stage. Based on this study, the optic fiber bonding on the inner wall of the protective tube was chosen as the best option for assembly, and this technique was adopted in the stakes tested in the field. Finally, the experimental validations obtained indicate that the protection system for optical sensors behaved properly in the concrete structural environment and there was a good similarity between the results obtained by the optical fiber sensors and the conventional electrical resistance sensors. This instrumentation was applied in three levels of depth in two stakes submitted to the load test, where the results of tensions and deformations that corresponded to the transfer of load along the stake were equivalent in both systems. The results of temperature showed the great differential of the developed optical instrumentation, because it presented coherent with the measurements made directly on the ground and when it was verified in laboratory the impact of the temperature on the characteristic curve of the soil that becomes a relevant parameter to be monitored during loading tests since suction directly interferes with soil-structure interaction. The study of the variation of the suction and the behavior of the concrete with the curing time constitutes another important contribution of this thesis, because the interaction soil structure depends on the suction.
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018.
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Aparece nas coleções:ENC - Doutorado em Geotecnia (Teses)

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