Estudo de técnicas alternativas para monitoramento ótico de tensões, deformações e temperatura em obras de engenharia

Abstract

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.