Gomes, Jorge PereiraMarques, Ana Isabel MeraPacheco, João NunoCoelho, Joana Sofia da Cunha Ferreira2024-05-042024-05-042023COELHO, Joana Sofia da Cunha Ferreira – Potencial de betão produzido por impressão 3D para aplicações estruturais. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2023. Dissertação de Mestrado.http://hdl.handle.net/10400.21/17419Desde o século XIX até ao presente, o betão é um material largamente conhecido, estudado e utilizado na construção de infraestruturas, habitação e outros. A aplicação deste material implica elementos de cofragem, assim como elevado volume de mão de obra. Tendo em conta fatores como a escassez de mão-de-obra, o maior número de acidentes graves em relação a outras áreas de atividade e a propensão a erros humanos, devido ao recurso a mão de obra pouco qualificada, a automação das atividades da construção civil é um tema premente. Nesta dissertação de mestrado é apresentada uma análise estrutural de protótipos de parede de betão produzidos por impressão 3D. As dúvidas que se colocam quanto ao comportamento de elementos produzidos com esta tecnologia inovadora são variadas havendo pouca investigação à data. A dissertação avalia, com estes ensaios experimentais, o comportamento estrutural a curto prazo dos protótipos de parede e os resultados alcançados contribuem para o conhecimento do comportamento estrutural de betão produzido por impressão 3D. Para tal, a argamassa cimentícia utilizada na impressão da parede foi caracterizada por ensaios experimentais de resistência à flexão e à compressão. As paredes modelo foram instrumentadas para registo da relação força-deslocamento segundo a direção de ensaio, realizado à compressão uniaxial e com controlo de deformação até à capacidade resistente da parede. A força de compressão máxima verificada em ensaio representa entre 15 a 50% da força que seria expectável pela caracterização da argamassa (assumindo que a distribuição de tensões na parede é uniforme, que não há imperfeições e que a resistência da parede é adequadamente deduzida pelas propriedades de provetes normalizados de argamassa). A carga máxima aplicada foi em média 2131 kN com um desvio padrão de 332 kN (coeficiente de variação de 15,5%). Verifica-se que a tensão não é distribuída de forma uniforme pela área da parede e que o módulo de deformabilidade, relativamente ao módulo de deformabilidade previsto da argamassa varia em média de 26% com um desvio padrão de 5%, sendo o seu valor médio de 9,15 GPa com um desvio padrão de 1,85%. Após as impressões conclui-se que a relação de altura/largura de cada camada não é uma relação constante. A largura de cada camada tem em média 34,5 mm com um desvio padrão de 4,7 mm. A rotura caracterizou-se por formação de fendas verticais que se propagam ao longo da parede. Os modelos impressos apresentam fragilidade devido às imperfeições comuns na tecnologia de impressão 3D, o que acentua a tendência à rotura frágil quando submetidos à compressão. A impressão 3D de betão carece de investigação futura que permita normalizar os ensaios de caracterização de provetes impressos e de elementos estruturais, assim como de dimensionamento. Na presente Dissertação surge ainda a necessidade de compreender a razão pela qual a capacidade resistente dos modelos se revelou inferior ao esperado, assim como qual a influência do número de camadas na capacidade resistente e da qualidade da interface entre respetivas camadas. Em adição aos ensaios de resistência à compressão, seria útil o estudo de resistência à compressão diagonal e de tensões de corte, assim como ensaios de comparação com argamassas com incorporação de fibras.Since the 19th century, concrete has been a widely known, studied, and utilized material in the construction of infrastructure, housing, and more. The application of this material involves formwork elements and a high volume of labor. Considering factors such as labor shortages, a higher number of serious accidents compared to other fields of activity, and a propensity for human errors due to the use of unskilled labor, the automation of construction activities is a pressing issue. This master's dissertation presents a structural analysis of concrete wall prototypes produced by 3D printing. There are various uncertainties regarding the behaviour of elements produced with this innovative technology, with limited research available to date. The dissertation evaluates the short-term structural behaviour of the wall prototypes through experimental tests, and the results contribute to the understanding of the structural behaviour of 3D-printed concrete. To achieve this, the cementitious mortar used in printing the wall was characterized through experimental tests of flexural and compressive strength. Model walls were instrumented to record the force-displacement relationship in the test direction, conducted under uniaxial compression and with deformation control up to the wall's ultimate capacity. The maximum compression force observed in the test represents between 15 to 50% of the expected force based on the mortar characterization (assuming that stress distribution on the wall is uniform, there are no imperfections, and the wall's strength is adequately derived from standardized mortar specimen properties). The maximum applied load averaged 2131 kN with a standard deviation of 332 kN (coefficient of variation of 15,5). It is observed that the stress is not uniformly distributed across the wall's area, and the modulus of deformability, relative to the predicted modulus of deformability of the mortar varies on average by 26% with a standard deviation of 5%, with its mean value being 9,15 GPa with a standard deviation of 1,85%. Upon examination, it was concluded that the height-to-width ratio of each layer is not constant. The width of each layer has an average of 34,5 mm with a standard deviation of 4,7 mm. The failure was characterized by the formation of vertical cracks that propagated along the wall. 3D-printed models exhibit fragility due to common imperfections in 3D printing technology, which accentuates the tendency toward brittle failure when subjected to compression, due to imperfections in the model itself. 3D concrete printing requires further research to standardize the characterization tests for printed specimens and structural elements, as well as for design. In this thesis, there is also a need to understand why the load-bearing capacity of the models turned out to be lower than expected, as well as the influence of the number of layers on load-bearing capacity and the quality of the interface between these layers. In addition to compression strength tests, it would be useful to study diagonal compression strength and shear stresses, as well as conduct comparative tests with fiber-reinforced mortars. There is also a need for the creation of a simulation model for experimental campaign validation.porImpressão 3DExtrusão3DCPFabricação aditivaArgamassa cimentícia3D Concrete printingExtrusion3DPCAdditive manufacturingNumerical modellingmaster thesis203468767