Optimização de caldas de cimento para trabalhos de injecção em geotecnia

O presente estudo foi enquadrado por um estágio na empresa RODIO S.A. com o objectivo de contribuir para a compreensão da influência de variações na preparação experimental de caldas de cimento na dispersão dos resultados dos ensaios de resistência à compressão e para avaliar a reprodutibilidade dos resultados obtidos na realização dos ensaios às caldas de cimento de acordo com as normas NP EN 445:2008 [1] e REBAP, em vigor [2]. A campanha experimental foi desenvolvida, numa primeira fase, em laboratório e posteriormente in situ. No laboratório, o plano de ensaios foi concebido para, primeiro, se efectuar o estudo de caldas preparadas com a mesma composição em que se variou sistematicamente o equipamento de mistura e a sequência de introdução dos constituintes no misturador, permitindo a avaliação da influência da variação do procedimento de mistura nas propriedades das caldas. Posteriormente, estudaram-se sete formulações de caldas de cimento, constituídas pelo mesmo tipo de cimento e variando apenas a razão A/C. No estado fresco destas caldas, foi avaliada a massa volúmica, o teor de ar e o tempo de presa e, no estado endurecido, foram determinadas as resistências mecânicas e a velocidade de propagação de ondas ultra-sónicas das mesmas caldas, em provetes paralelepipédicos e cúbicos. Na fase da campanha experimental desenvolvida in situ foram preparadas caldas constituídas pelo mesmo tipo de cimento das estudas no laboratório e determinadas as suas resistências, também em provetes paralelepipédicos e cúbicos, com o intuito de correlacionar os valores obtidos in situ e no laboratório. Posteriormente, foi desenvolvido um estudo de caldas preparadas in situ, com o objectivo de correlacionar os valores das suas resistências mecânicas em provetes paralelepipédicos e cúbicos com os valores da tensão de rotura das mesmas caldas ao nível do bolbo de selagem das microestacas. Analisando os resultados experimentais obtidos concluiu-se que o valor da resistência mecânica das caldas diminui com o aumento da razão água/cimento utilizada na sua preparação e que a resistência à compressão das caldas curadas em provetes paralelepipédicos (de acordo com a norma NP EN 445:2008 [1]) é sistematicamente superior à resistência das mesmas caldas curadas em provetes cúbicos (de acordo com o REBAP [2])

Reutilização de catalisador exausto da indústria petroquímica em materiais à base de cimento

A produção de cimento é um processo que envolve um impacto ambiental significativo, uma vez que necessita de apreciáveis quantidades de recursos naturais não-renováveis e energia, além de contribuir para a emissão de poluentes, particularmente CO2 para a atmosfera. A presente dissertação pretende contribuir para o desenvolvimento de novos materiais à base de cimento, com menor impacto ambiental, substituindo parcialmente o cimento corrente por dois resíduos industriais diferentes: um oriundo da indústria petrolífera, concretamente um catalisador exausto da unidade de “cracking” catalítico (FCC) e o outro da indústria da transformação de pedra natural. Neste sentido, estudaram-se diferentes misturas de cimento com incorporação de catalisador exausto de FCC e de resíduo de pedra natural calcária, bem como, com a incorporação simultânea de ambos os resíduos, para avaliar se os cimentos compostos, a que dão origem, correspondem aos requisitos mecânicos e físicos, aos quais os cimentos e seus constituintes devem respeitar, para serem certificados pela norma NP EN 197-a [1]. A campanha experimental teve como objecto de estudo 21 formulações de cimentos sem e com incorporação de resíduo(s) com as quais se estudou: no estado fresco - os tempos presa, a trabalhadibilidade, a massa volúmica e o teor em ar; no estado endurecido - a velocidade de propagação de ondas ultra-sónicas, a resistência mecânica e a absorção de água por capilaridade. Apesar de ambos os resíduos acelerarem o início de presa, todas as pastas formuladas satisfazem o requisito físico preconizado pela norma NP EN 197-1 [1]. A utilização de catalisador “carking” catalítico em leito fluidizado (FCC) conduz á diminuição da fluidez da argamassa e proporciona o incremento da resistência mecânica. As misturas com incorporação de 15% de resíduo - tanto de FCC como pedra natural - cumprem os requisitos mecânicos, conforme o requerido pela norma NP EN 197-1 [1]. Também as misturas com incorporação de ambos os resíduos satisfazem este requisito, para teores de substituição de cimento de 20%. A velocidade de propagação de ondas ultra-sónicas é correlacionável com a resistência mecânica das argamassas produzidas. A utilização destes resíduos na qualidade de substitutos parciais do cimento demonstrou-se viável podendo traduzir-se na produção de cimentos com propriedades melhoradas.

Revestimentos descontínuos de coberturas: análise da normalização europeia aplicável

Esta dissertação tem como principais objectivos analisar a conformidade das características de revestimentos descontínuos de coberturas produzidos ou comercializados em Portugal com as exigências preconizadas nas normas europeias aplicáveis. Contudo, e tendo em conta a diversidade do tema, o presente estudo centralizou-se em três tipos de revestimentos descontínuos: fibrocimento, metais e plásticos. Optou-se por uma abordagem teórica complementada por uma campanha experimental. No caso da primeira, serão descritas as características de uma cobertura inclinada e alguns dos principais tipos de revestimentos descontínuos existentes. No que concerne à campanha experimental, para além da pesquisa efectuada ao nível do mercado nacional e dos contactos desenvolvidos para a recolha de amostras, realizaram-se ensaios de natureza geométrica de todas as amostras recolhidas. Em suma, a presente dissertação foi validada através de uma campanha experimental simples, que consistiu na análise do cumprimento das exigências das normas europeias aplicáveis aos produtos ensaiados, resultando numa avaliação crítica aos valores obtidos.

Produção de argamassas de cimento com incorporação de um resíduo da refinação de petróleo

A indústria cimenteira é um dos sectores que mais contribui para um elevado impacto ambiental. O processo de produção de cimento requer a utilização de grandes quantidades de recursos naturais, é energeticamente intensivo e emite elevadas taxas de dióxido de carbono para a atmosfera. Com o presente estudo pretendeu-se contribuir para a mitigação do impacto ambiental provocado pelo processo de fabrico do cimento estudando a viabilidade da substituição parcial de cimento por um material com propriedades cimentícias. O material cimentício estudado foi um resíduo da indústria da refinação de petróleo, em concreto, o catalisador exausto produzido na unidade de “craking” catalítico (FCC) da refinaria da Petrogal, em Sines. Na prossecução do objectivo deste trabalho prepararam-se misturas de cimento com teores de incorporação catalisador exausto de FCC de 5, 10, 15, 20, 25 e 30%, em massa, para avaliar o efeito do teor do resíduo incorporado em propriedades reológicas e mecânicas de argamassas, em função do tempo de hidratação. Pretendeu-se, ainda, avaliar se as misturas de cimento com incorporação do resíduo correspondem às especificações requeridas pela norma europeia em vigor (NP EN 19 -1:2001). Numa segunda fase do trabalho estudou-se ternária composta por cimento, resíduo de catalisador exausto de FCC e resíduo de pedra natural. Em função da sua composição, foram produzidas quatro séries diferentes de argamassas: - Argamassas de referência que incluem na sua composição cimento, areia e água (de acordo com a NP EN 196-1:2006); - Argamassas com substituição parcial de cimento por resíduo de catalisador exausto de FCC tal como foi recebido da refinaria (misturas binárias); - Argamassas com substituição parcial de cimento por resíduo de catalisador exausto de FCC moído (misturas binárias); e, - Argamassas com substituição parcial de cimento por catalisador exausto de FCC e resíduo de pedra natural (misturas ternárias). Todas estas argamassas foram elaboradas adoptando um procedimento experimental que se baseia no descrito na norma NP EN 196-1:2006. Ao longo da campanha experimental, as argamassas foram sujeitas a ensaios no estado fresco e ensaios no estado endurecido, em diferentes tempos de hidratação, para determinar algumas propriedades físicas e mecânicas, respectivamente. As argamassas de referência e as misturas binárias foram ensaiadas aos 2, 7, 28, 56 e 90 dias e as misturas binárias foram ensaiadas aos 2, 7 e 28 dias. No estado fresco realizaram-se ensaios de determinação da consistência por espalhamento, determinação da massa volúmica e ensaios de teor em ar. No estado endurecido foram determinadas as resistências à flexão e à flexão. Da análise dos resultados pod inferir que o resíduo de catalisador exausto de FCC apresenta actividade pozolânica, de tal forma que, argamassas conteores de substituição de cimento por este resíduo até 15% (com adição de superplastificante) estão conforme a norma NP EN 197-1:2001 no que respeita à resistência à compressão, em todos os tempos de hidratação especificados. Relativamente às misturas ternárias, verificou-se que conforme a norma NP EN 197-1:2001, o cimento pode ser substituído pelos dois resíduos em simultâneo até 20%. Verificou-se ainda que utilizando qualquer um dos resíduos com superplastificante, este teor poderia aumentar até 30%.

Efeito da moagem do catalisador exausto de cracking catalítico nas propriedade de argamassas de cimento

Atualmente, o impacto ambiental gerado pela produção de cimento é uma das grandes preocupações a nível mundial. O seu processo de produção requer não só a utilização de quantidades significativas de recursos naturais não renováveis bem como de consumo de energia. Concomitantemente, a produção de cimento é a maior fonte de emissão antropogénica de CO2 para a atmosfera. Desta forma, várias medidas têm sido concebidas com o intuito de diminuir estes impactos visando a preservação do meio ambiente. Uma dessas medidas consiste em substituir parcialmente cimento por resíduos industriais. Neste sentido, com o presente trabalho pretendeu-se avaliar o efeito da moagem do catalisador exausto da unidade de “cracking” catalítico (FCC) - proveniente da refinaria da GALP, em Sines - nas propriedades de argamassas em que este resíduo substitui parcialmente o cimento. Na campanha experimental prepararam-se argamassas com substituição parcial de cimento por resíduo de FCC – entre os 0 a 15%, em massa – com três distribuições de tamanho de partículas de resíduo distintas. Na preparação destas argamassas adotaram-se duas abordagens experimentais que originaram duas séries de argamassas: numa das séries, a consistência das argamassas no estado fresco varia em função do teor de catalisador incorporado e na outra série, a consistência das argamassas é mantida constante através da adição de superplastificante, independentemente do teor de catalisador incorporado. As propriedades das argamassas no estado fresco avaliadas foram: a consistência por espalhamento, o teor de ar e a massa volúmica. No estado endurecido avaliou-se: a velocidade de propagação de ondas ultrassónicas nas argamassas, a resistência mecânica, a aderência e a absorção de água por capilaridade. Com o presente estudo verifica-se que a utilização de resíduo moído como substituto parcial do cimento, aumenta a trabalhabilidade da argamassa para substituições de 15%. Para substituições de 5% e 10%, a moagem do resíduo não se apresenta sensível à trabalhabilidade. A moagem deste resíduo de FCC também não tem um efeito significativo nos valores de resistência à compressão das argamassas em que é incorporado, embora se verifique uma tendência para que os resíduos moídos conduzam a valores resistência à compressão mais elevados quando comparado com o não moído, particularmente quando a percentagem de incorporação do resíduo é mais elevada. A atividade pozolânica aumenta com a moagem do resíduo de FCC. A introdução de resíduo moído conduz à diminuição da absorção de água por capilaridade, à medida que a percentagem de substituição aumenta.

Soluções de reabilitação de rebocos exteriores em edifícios antigos

Associando o papel que a reabilitação de edifícios pode vir a registar de futuro aos rebocos de edifícios antigos, o trabalho desenvolvido pretende apresentar diferentes soluções de reabilitação consoante o suporte em causa, com base nas características fundamentais exigidas na execução de rebocos. O trabalho realizado incluiu uma campanha experimental, em laboratório e in-situ, onde se avaliou a influência de alguns factores de aplicação (tipo de argamassa, natureza do suporte, número de camadas e espessura da camada) no desempenho mecânico (ultra-sons, resistência à compressão e flexão, pull-off, martelo de schimdt, retração), físico (tubos de Karsten, humidade superficial e absorção por capilaridade) e químico (pH e teor em sais) e as funções a respeitar numa solução de reabilitação. Assim sendo, foram estabelecidos três tipos de rebocos – praticado em obra, tradicional e pré-doseado – e três suportes – betão, pedra e tijolo – por forma a conhecer as características de cada um a curto prazo e a sua adequabilidade aos suportes usados. Com a realização dos ensaios também foi possível identificar e analisar os aspectos que condicionam os resultados alcançados e como tal, a interpretação dos dados exige prudência.

ECO-betão com adição de resíduo da indústria petrolífera

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Edificações

Argamassas e betões geopoliméricos: estado da arte e potencial de industrialização em Portugal

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Incorporação de resíduo da indústria petrolífera em argamassas de cal hidráulica para a reabilitação de edifícios

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Caracterização do comportamento dinâmico de um edifício de dois pisos: estudo experimental e numérico

Os sismos são fenómenos naturais, que ao longo da história têm sido responsáveis por enormes perdas, tanto materiais como humanas. Grande parte dessas perdas, resultam dos danos provocados em construções existentes. Com o intuito de minimizar os estragos provocados pelas acções sísmicas, estudam-se várias hipóteses de reforço para assim melhorar o comportamento sísmico do património edificado. Para reforçar determinada estrutura com vista a melhorar o seu comportamento sob acções sísmicas, torna-se fundamental caracteriza-la dinamicamente para assim avaliar o seu desempenho sísmico. Uma das formas mais usuais para caracterizar o comportamento dinâmico de estruturas é a realização de ensaios de vibração, e o desenvolvimento de modelos numéricos devidamente calibrados que representem adequadamente as características dinâmicas das estruturas. É com base nos modelos numéricos que se verifica se determinada estrutura necessita ou não de reforço e, no caso de necessitar, se escolhe a melhor opção de reforço.

Verificação experimental do comportamento térmico de uma fachada de dupla pele com ventilação natural

Neste trabalho, avaliou-se o comportamento térmico de uma fachada de dupla pele com ventilação natural. A avaliação foi efectuada para uma célula de teste que permite adaptar várias configurações de fachada para a qual foram registados dados num determinado período de tempo através de um sistema de aquisição de dados. Os dados registados foram devidamente tratados e comparados para as diversas configurações. Para as configurações testadas, utilizaram-se dois parâmetros adimensionais que permitiram a comparação da capacidade de pré aquecer o ar (aplicável à estação de aquecimento) e de isolar dinamicamente (aplicável à estação de arrefecimento). Foram comparados os desempenhos da fachada quando a funcionar com os sistemas de sombreamento por persiana veneziana e por cortina têxtil. Em pré aquecimento, o fluxo de insuflação mostrou-se uma boa opção. Em isolamento dinâmico, a fachada retira o melhor partido do fluxo de extracção. Os resultados obtidos para os sistemas de sombreamento recaem a favor do sombreamento por persiana veneziana. As medições efectuadas na célula de teste vêm permitir futuros estudos de comparação com métodos de simulação numérica. Os resultados obtidos demonstram a sensibilidade das fachadas de dupla pele ao clima onde se inserem. Contudo, os resultados obtidos não demonstram por si só a veracidade do desempenho desta tecnologia no clima em Portugal.

Risco e incerteza no pensamento biomédico: notas teóricas sobre o advento da quantificação e da prova experimental na medicina moderna

A biomedicina é um domínio do saber no qual a proliferação do conceito de risco se tem evidenciado de forma expressiva, o que revela uma preocupação em proceder ao controlo sistemático dos problemas através de um modelo de racionalização instrumental. Tal procedimento é elucidativo do investimento que é feito na interpretação das incertezas como riscos. Consequentemente, a dimensão estatística que lhe está associada é cada vez mais um dos principais traços do seu perfil científico. Biomedicine is a field where the concept of risk has shown an impressive increase in its importance. This fact demonstrates a concern with a systematic problem control through an instrumental rationalizing model, expressing eloquently the investment being made in interpreting uncertainty as risk and the consequent statistical dimension as an ever-more quintessential feature of its scientific profile.

Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.

Caracterização experimental e numérica da permeabilidade ao ar da envolvente e do sistema de ventilação de um edifício "Gaioleiro"

Os edifícios do tipo “Gaioleiro”, em continuidade com os edifícios do tipo Pombalino, são um conjunto arquitectónico e cultural de elevada importância, expressivo na cidade de Lisboa, sendo fundamental a sua conservação e reabilitação para responder a algumas das actuais preocupações relacionadas com a segurança (funcional, estrutural e construtiva), eficiência energética e valorização deste edificado. A conservação de energia e actual regulamentação de eficiência energética nos edifícios de habitação, baseada nos princípios da Directiva Europeia relativa ao Desempenho Energético de Edifícios 2002/91/EC (EPBD - Energy Performance of Buildings Directives), aplicam-se a edifícios novos e a grandes reabilitações. Contudo, a conservação de energia é uma preocupação transversal (ambiental, económica e social) e nas últimas décadas tem sido objecto de investigação. No entanto, a caracterização experimental de sistemas de ventilação e a sua influência no desempenho térmico de edifícios é escassa, não se conhecendo trabalhos em edifícios “Gaioleiros”. Para a correcta avaliação da eficiência energética das soluções de reabilitação a implementar nestes edifícios é essencial o estudo do seu sistema de ventilação natural. A presente dissertação pretende caracterizar experimentalmente o sistema de ventilação de um edifício “Gaioleiro” através de ensaios de pressurização e de gás traçador. Os ensaios de pressurização destinam-se a avaliar a permeabilidade ao ar das componentes que integram a envolvente, e assim, suportar a estimativa da taxa de infiltrações de ar. Os ensaios com gases traçadores destinam-se a medir a taxa média de renovação de ar, tendo sido, neste trabalho, avaliadas as taxas de renovação de ar para a condição actual, para uma condição de melhoria da permeabilidade ao arda envolvente e para a condição de também ser aplicado um exaustor na chaminé. Esta avaliação experimental permitiu suportar o desenvolvimento e validação do modelo numérico de simulação da ventilação. Com este modelo validado são estimadas as taxas médias de ventilação e são estudadas oportunidades de melhoria de acordo com as exigências de qualidade do ar interior e de eficiência energética, como contributo para uma construção (reabilitação) sustentável. Do trabalho experimental foi evidenciado que se for exclusivamente melhorada a permeabilidade do ar da envolvente existe um elevado risco da taxa de ventilação ser insuficiente, apesar de no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) serem previstas taxas de renovação mais elevadas para essa nova situação. Conclui-se que a caixilharia é o elemento que mais contribui para a permeabilidade ao ar da envolvente (60%). A permeabilidade ao ar deste edifício é muito elevada, sendo possível melhorar substancialmente (reduzir em 50% as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento) através de intervenções ao nível das janelas e das gralhas de admissão de ar.

Análise dinâmica de uma estrutura: estudo numérico e experimental

Com o presente trabalho pretende-se estudar e compreender o comportamento dinâmico de estruturas de engenharia civil, de forma a permitir a elaboração de algumas metodologias para o estudo e análise de problemas de dinâmica de estruturas. Apresenta-se uma revisão dos principais fundamentos da modelação matemática do comportamento dinâmico, com o estudo de sistemas de 1 grau de liberdade e posterior generalização para sistemas de múltiplos graus de liberdade. Apresentam-se também as formulações para análises de identificação modal no domínio do tempo e no domínio da frequência. Atendendo que a resolução do problema dinâmico deve cumprir duas etapas: integração no Espaço, e integração no tempo. Para a 1a etapa abordam-se os fundamentos dos métodos numéricos de integração no espaço (em particular, o método dos elementos finitos) com vista á implementação da sua formulação na ferramenta computacional freeFEM++. Para a 2a etapa abordam-se os métodos numéricos de integração no domínio do tempo (em particular, o método de Newmark), de forma a determinar a resposta de uma estrutura quando submetida a acções dinâmicas. Adicionalmente são introduzidos alguns conceitos essenciais ao estudo de resultados experimentais obtidos através da realização de ensaios de vibrações. Por último, estuda-se um modelo físico de um edifício de dois pisos, com base na análise de resultados de um ensaio de vibração ambiental e no desenvolvimento de dois modelos numéricos (em freeFEM++ e em SAP2000) para comparação e análise dos resultados obtidos e validação da ferramenta computacional desenvolvida. Após a calibração dos modelos numéricos aos resultados obtidos experimentalmente, procede-se a uma análise dinâmica dos modelos numéricos sujeitos a uma acção sísmica, com a posterior comparação e análise de resultados obtidos.