Fadiga em elementos tubulares de matriz epoxídica reforçada com fibras de carbono sujeitos a solicitações de torção e flexão

Os materiais compósitos são materiais em expansão. Revolucionaram a indústria aeronáutica e actualmente difundem-se nos mais variados nichos industriais, mesmo nas aplicações mais comuns. Têm uma grande aplicação em elementos estruturais, sendo submetidos a estados de tensão e deformação multiaxiais. Os elementos tubulares de matriz epoxídica reforçada com fibras de carbono são exemplos típicos de componentes. No entanto, devido ao aparecimento relativamente recente destes materiais, os modelos de fadiga utilizados nos materiais comuns mostraram-se pouco realistas. Surgiu assim a necessidade de adaptar e elaborar novos modelos de fadiga, com resultados mais satisfatórios na previsão da vida dos componentes, recorrendo a ensaios laboratoriais. No presente estudo experimental, recorrendo a um sistema adequado de amarras, foram realizados ensaios de torção e de flexão pura, quer estáticos, quer dinâmicos, numa máquina servo-hidráulica convencional. Nos ensaios de fadiga foram consideradas duas razões de tensões (R=0,05 e R=0,3). Foram também realizados ensaios de fadiga com carregamentos de flexão-torção em fase sob amplitude de tensão constante, com as mesmas razões de tensões, considerando o momento flector igual ao momento torsor (B=T). Foi avaliado o efeito da tensão média, recorrendo aos critérios de Gerber e Goodman, os quais se apresentaram satisfatórios, tendo em conta o número reduzido de estudos efectuados. Já nos ensaios biaxiais, o critério de Tsai–Hill mostrou-se erróneo perante os resultados experimentais. No entanto, após ter sido aplicado um ajustamento, os resultados melhoraram. Foi também estudado o comportamento elastoplástico dos corpos de prova em todos os ensaios.

Comportamento estrutural de pontes logísticas do tipo Mabey do Exército Português

Nesta dissertação apresenta-se o estudo do comportamento estrutural da ponte logística modular do tipo Mabey, utilizada pelo Exército Português para apoio logístico às operações militares e, quando disponível, à população. Neste sentido, foi desenvolvido um modelo numérico de elementos finitos, em que foram aplicadas as ações permanentes e variáveis correspondentes a uma utilização civil e militar. A calibração do modelo foi feita comparando os resultados obtidos com as medições “in-situ” de um ensaio de carga realizado, e as informações fornecidas no catálogo do fabricante. A avaliação da segurança estrutural última e em condições de serviço foi realizada nos termos regulamentares, permitindo evidenciar os aspetos importantes do comportamento estrutural deste tipo de estruturas. Uma vez que a ação militar não é contemplada de uma forma direta na atual regulamentação, efetuou-se um estudo do comportamento dinâmico de interação veículo-estrutura, simulando a circulação de veículos militares reais a diversas velocidades, e avaliando as deformações, as acelerações e os esforços dinâmicos nos elementos estruturais principais. A análise realizada demonstra o bom comportamento estrutural da ponte logística tipo Mabey mesmo tendo em consideração as ações regulamentares da Parte 2 do Eurocódigo 1. O comportamento dinâmico da estrutura para veículos militares reais não conduziu a solicitações superiores às obtidas por consideração das ações regulamentares, embora se considere necessário realizar um estudo deste tipo no caso de veículos militares com configurações ou condições de circulação diferentes das que aqui se apresenta.

Intervenção no Prédio Militar N.º 50, em Lisboa, antiga Fundição de Canhões

O Exército Português tem à sua guarda um importante património construído, muitas vezes localizado no centro histórico de núcleos urbanos, o qual, ao longo dos anos teve várias ocupações, tendo por isso sofrido intervenções várias, mais ou menos intrusivas. Devido ao interesse manifestado pela instituição em reabilitar edifícios localizados no centro de Lisboa com vista a novas utilizações, nomeadamente para a instalação do Pólo Cultural do Exército, foi realizado um estudo no âmbito da presente dissertação de mestrado sobre um edifício integrante do Prédio Militar nº 50 (PM050/Lisboa), cuja origem remonta ao século XVIII. Face à proposta de utilização do objeto de estudo como arquivo histórico, neste trabalho é feita a caracterização da construção existente e a análise da sua adequação estrutural para acomodar este tipo de utilização. Inicialmente foi feita uma inspeção ao edifício para identificação das anomalias e problemas estruturais visíveis, em seguida foram consultados todos os documentos e projetos que pudessem conter informação sobre o mesmo. Face à falta de informação sobre os materiais utilizados nos elementos estruturais, foram realizados ensaios não-destrutivos para a caracterização das suas propriedades mecânicas, assim como uma pesquisa e análise dos regulamentos em vigor à data da sua construção. Posteriormente, foi construído um modelo numérico com recurso ao programa SAP2000 (Structural Analysis Program 2000) para avaliar a capacidade resistente da estrutura. Por fim foram elaboradas algumas propostas de intervenção. Concluiu-se haver necessidade de reforço nas alvenarias, as quais apresentam um mau comportamento às ações sísmicas. Relativamente aos elementos de betão armado, a baixa resistência dos materiais utilizados, o sistema estrutural adoptado e a degradação em alguns locais implicam igualmente a sua necessidade de reforço. A proposta de intervenção apresentada tem por objetivo servir de base à elaboração de um projeto de reforço, caso se avance com a reabilitação do edifício, sendo necessário realizar um estudo mais aprofundado.

Influência da resistência do betão leve e da taxa de armadura no comportamento da ligação viga-pilar

No dimensionamento de estruturas porticadas em betão armado normalmente a atenção que se dá às ligações viga-pilar não é proporcional à importância que têm no comportamento global da estrutura. Usualmente assume-se que estas ligações são rígidas e que os elementos estruturais têm um comportamento linear elástico. Contudo, ambas as generalizações são inadequadas, dado que, a ligação viga-pilar não é totalmente rígida e o efeito do comportamento das ligações viga-pilar sobre o comportamento global da estrutura também não é considerado. Nos últimos anos têm surgido trabalhos de investigação com o objetivo de clarificar e identificar os principais parâmetros de influência no comportamento das ligações viga-pilar de estruturas porticadas em betão armado, sob o efeito de ações monotónicas. A resistência do betão à compressão e a taxa de armadura são dois desses parâmetros que afetam o comportamento da ligação viga-pilar. No entanto, a informação relativa a este tipo de estudos mas considerando os elementos constituídos por betão com agregados leves é muito reduzida ou mesmo inexistente. Este documento tem por base a análise da influência da resistência à compressão do betão leve e da taxa de armadura de tração na ligação viga-pilar. Como tal, foi desenvolvido um programa experimental que contempla o ensaio de cinco peças, representativas da ligação viga-pilar, em que é imposta uma carga na extremidade da viga até provocar a rotura do nó. Para a produção das peças de ensaio foram usados betões com diferentes classes de resistência à compressão e diferentes taxas de armadura de tração, com o objetivo de se analisar a influência de cada um desses parâmetros através da comparação direta de resultados. Após análise dos dados recolhidos durante os ensaios foi possível observar que, a ligação viga-pilar não deve ser considerada como uma extensão das vigas e pilares adjacentes mas sim como elemento estrutural independente. A ligação deve ser analisada de forma detalhada, nomeadamente, a pormenorização das armaduras longitudinais e transversais, e o volume de betão nas zonas comprimidas. O dimensionamento incorreto do nó pode condicionar a segurança global da estrutura. Nas peças produzidas e ensaiadas com betões de menor resistência, o aumento da taxa de armadura não se refletiu num acréscimo da capacidade de carga, havendo portanto um subaproveitamento da capacidade resistente das armaduras. Todavia, quando se utilizou betões de maior resistência, o aumento da taxa de armadura já se refletiu num acréscimo da capacidade resistente da subestrutura.

Estudo da aderência e fendilhação em elementos de betão incorporando nanopartículas

Com o crescimento progressivo da preocupação quanto ao consumo energético a nível global e a sua redução, por consequência das alterações climáticas, tem havido uma tentativa de adaptação do setor da construção para dar um contributo neste campo. O betão armado, pelas suas características e pela facilidade com que é moldado, estabeleceu com o Homem uma “amizade” duradoura. Atualmente é o material mais consumido a nível mundial, com uma produção de, aproximadamente, 10km3/ano, prevendo-se que este número venha a aumentar nos próximos anos. A sua produção necessita de um elevado consumo energético, principalmente na produção de um dos seus constituintes, o cimento. Mantendo-se a utilização generalizada do betão, uma potencial solução para este problema passa então pela redução do consumo deste elemento. Uma alternativa possível e que, nos últimos anos, ganhou relevo, prende-se com a introdução de nanotecnologia na produção do betão. A progressiva substituição do cimento Portland, por outro elemento capaz de fornecer as mesmas características às peças de betão, é uma necessidade, surgindo a introdução de nanopartículas como um caminho possível para esse objetivo. A alteração da composição do betão com a introdução de nanopartículas, acarreta consigo uma possível alteração do comportamento estrutural de elementos de betão armado, devido às alterações das propriedades do próprio betão. Este trabalho teve como motivação principal o estudo da influência deste “novo” betão na aderência aço-betão. Para a análise deste fenómeno, foram definidas duas etapas de estudo, sendo a primeira a produção de ensaios de arrancamento (Pull Out) para medir a tensão de aderência máxima e a segunda a realização de testes em tirantes com o objetivo de medir o padrão de fendilhação nestes elementos. Foram produzidas várias misturas de betão contendo dois tipos de nanopartículas (nano-sílica e nano-alumínio), incorporando também fibras metálicas. O estudo da aderência através do programa experimental apresentado, teve ainda como variáveis o uso de varões lisos e nervurados. No total foram realizados trinta e dois ensaios de arrancamento e dezasseis ensaios de tração com tirantes de betão armado. Os resultados obtidos demonstraram que a introdução de nanopartículas na composição do betão origina algumas diferenças de comportamento, relativamente ao betão normal. Nalguns casos os resultados foram algo inesperados. O trabalho desenvolvido no âmbito desta tese estava enquadrado num projeto mais amplo, designado por Nanobetão, promovido por um consórcio estabelecido entre o Instituto Superior de Engenharia de Coimbra e a empresa Smart Inovation.