Verificação dos estados limites de utilização de estruturas de betão

A ocorrência de fenómenos como deformações excessivas, deformações impostas, variações de temperatura, fluência e retracção entre outros são responsáveis pela diminuição do desempenho em serviço das estruturas de betão. Frequentemente, os projectistas valorizam em demasia a verificação da segurança em relação aos estados limites últimos, dedicando menos atenção à verificação dos estados limites de utilização, recorrendo a certas medidas construtivas que em casos usuais poderão ser suficientes. Em casos especiais como vãos consideráveis ou acções de elevada intensidade, estas medidas não garantem que a estrutura apresente a funcionalidade e a durabilidade desejáveis, impondo-se a necessidade de verificar os estados limites de utilização por métodos de cálculo mais fiáveis. Este factor, pode ser determinante para evitar certas anomalias de difícil resolução. A presente dissertação pretende documentar alguns métodos de cálculo utilizados no controlo da fendilhação, na limitação das tensões e no controlo das deformações segundo as mais recentes disposições regulamentares previstas para o efeito. Como os valores obtidos com a aplicação destes métodos são aproximações ao comportamento real dos elementos estruturais, procurou-se comparar estes resultados teóricos com situações reais, de forma a avaliar a sua precisão e fiabilidade. A degradação precoce das estruturas de betão, nem sempre se deve apenas à desvalorização da verificação dos estados limites de utilização em fase de projecto. Como os processos de produção destas estruturas são complexos e por vezes são negligenciadas boas práticas de construção, são propostas neste trabalho resumidamente algumas medidas construtivas que visam aumentar a durabilidade das estruturas e o seu desempenho em serviço.

Ampliação do reservatório de Custóias

O presente relatório é a última etapa para a obtenção do Grau de Mestre em Tecnologia e Gestão das Construções leccionado no Instituto Superior de Engenharia do Porto, (ISEP). O estágio decorreu em ambiente maioritariamente de obra na empresa Monte Adriano, Engenharia e Construção, SA, e o objectivo consistiu em dar apoio e acompanhar a Obra de Ampliação do Reservatório de Custóias, inserida na Empreita de concepção, projecto e construção das infraestruturas necessárias à execução do plano de investimentos da Indáqua Matosinhos, actividades estas, decorrentes da função de adjunta de direcção de obra. Para além da breve descrição da empresa que a estagiária integrou e da empreitada geral, foi feita uma enumeração das várias actividades desempenhadas na Obra e dos vários condicionalismos encontrados que por vezes levaram a alterações do projecto. Dá-se especial ênfase à parte da execução das fundações, quer pela heterogeneidade do solo e sua relevância no geral, quer pelo facto do tempo de execução da obra ser praticamente o tempo do estágio. A obra consiste na execução de três células em painéis pré-fabricados SOPLACAS (paredes e cobertura), sendo que, as lajes de soleira de duas das células apoiam em poços e a laje de soleira da outra célula apoia directamente no terreno e em poços. Anexa às células encontra-se a câmara de manobras, executada em estrutura de betão armado.

A pré-fabricação em betão em edifícios

No presente trabalho apresenta-se um levantamento com base na literatura especializada, das diversas soluções estruturais em betão pré-fabricado existentes, aplicadas em edifícios correntes, mais especificamente as soluções ao nível dos elementos que as constituem, nomeadamente no que respeita a ligações estruturais dos elementos, com combinações in situ, das estruturas préfabricadas e as moldadas em obra, aproveitando o que de melhor se pode obter de ambas as técnicas, com vista a obter um melhor resultado final. Apesar do setor da construção civil estar em crise, tal como vários outros setores, as empresas de pré-fabricação apresentam soluções que poderão contrariar esta tendência, nomeadamente através da diversificação e flexibilização da sua produção, com inovação, criatividade e elevada qualidade. Num mercado em que a construção de edifícios de raiz sofreu um grande abrandamento, começa a surgir no mercado a necessidade de se reabilitar as construções existentes, nomeadamente nos grandes centros das cidades que foram perdendo população ao longo dos tempos. Esta requalificação do espaço urbano permite o desenvolvimento de soluções estruturais pré-fabricadas, no que respeita à reabilitação dos elementos existentes, quer por justaposição para reforço das estruturas, quer por inserção de elementos novos para efetuar correções. Os baixos custos de mão de obra, equipamentos e estaleiro, assim como a redução dos prazos de construção e entrega ao cliente final, dado que a produção não está dependente das condições existentes in situ para se desenvolver, destacam-se da construção civil tradicional. A produção integral dos elementos pré-fabricados de betão em fábrica tem outras vantagens, entre as quais, um melhor planeamento e controle da segurança, um controle rigoroso de qualidade, a redução dos custos de reparação e manutenção, melhor sustentabilidade com redução da quantidade de resíduos produzidos.

Estruturas de Suporte de Terras Executadas Com Pneus. Estudo Paramétrico e Conceção de Protótipo

No presente trabalho descreve-se o estudo realizado no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) com o objetivo de comprovar a viabilidade da utilização de pneus em fim de vida em estruturas de solo reforçado. As estruturas de suporte de terras materializadas com pneus preenchidos com solo são usadas em alguns países, sobretudo em estruturas do tipo gravidade. Investiga-se neste trabalho o seu desempenho em estruturas de solo reforçado. Com a finalidade de prever o comportamento da construção, foi utilizado um software desenvolvido pela empresa Canadiana Rocscience, denominado Phase2. Com este software foi possível fazer uma análise paramétrica da secção transversal do modelo, avaliando os esforços e os deslocamentos que se desenvolvem no interior da estrutura, através da utilização do Método dos Elementos Finitos. Foi efetuada uma campanha de ensaios laboratoriais, realizados com amostras de solo retiradas do local de construção do protótipo, com o intuito de caracterizar os parâmetros do solo A definição destes parâmetros tem como objetivo tornar a simulação o mais fidedigna possível. Estruturas de Suporte de Terras Executadas Com Pneus. Estudo Paramétrico e Conceção de Protótipo Como validação da modelação realizada no programa Phase2, o protótipo será devidamente instrumentado com equipamentos de monitorização; a informação recolhida receberá um tratamento posterior e permitirá a calibração do modelo numérico. No presente trabalho define-se o plano de monitorização a instalar no protótipo.

Pré-fabricação em betão armado – Uma abordagem sobre a indústria e seus processos

O presente relatório resulta do estágio que decorreu na empresa TELHABEL, em Vila Nova de Famalicão e insere-se na unidade curricular Dissertação, Projeto e Estágio (DIPRE) do 2º semestre do 2º ano do curso de Mestrado em Engenharia Civil no ramo de construções no Instituto Superior de Engenharia do Porto. Durante o período de estágio foi possível adquirir uma visão abrangente da pré-fabricação em betão armado e pré-esforçado, que incluiu todas as áreas envolvidas no processo: atividades prévias, organização fabril, processo industrial, produção, transporte e montagem. Foi estabelecido um programa de trabalhos que envolveu a pesquisa de elementos bibliográficos sobre pré-fabricação, e o contacto com o dia-a-dia de uma empresa industrial. Foram estudadas várias tecnologias fabris de produção de elementos pré-fabricados, tentando perceber as suas vantagens, campos de aplicação e condicionantes de utilização. Analisou-se o trabalho fabril incidindo na organização e sequência de atividades, desde a realização de armaduras, cofragens, betonagem, controlo de qualidade até à armazenagem de produto acabado. Com complemento da atividade fabril fez-se uma breve referência ao transporte e montagem do material e a sua íntima relação com a produção. Uma vez que, em Portugal, a pré-fabricação se encontra numa fase de escassa atividade, procurou-se simular um caso real que permitisse ao formando o estudo de um projeto fictício, mas perfeitamente realizável. Concebeu-se a estrutura pré-fabricada para construir um armazém, da qual se fez a medição, orçamentação e elaboração dos desenhos de cofragem para fabrico. Posteriormente estudou-se também a produção da ponte sobre o rio Giraul, que se encontra, presentemente, em produção pela empresa, em Angola. Neste estudo procurou-se perceber as questões envolvidas nas cofragens e armaduras, tendo sido estudada a preparação destas últimas, de modo a alertar o formando para os problemas envolvidos na sua execução. A análise aos projetos propostos permitiu compreender a responsabilidade e complexidade das tarefas envolvidas na produção de pré-fabricados.

Escolas do concelho de Matosinhos com estrutura de betão armado

O presente trabalho pretende contribuir para a gestão das intervenções de reparação e de reforço das escolas do concelho de Matosinhos com estrutura de betão armado. Apresenta-se uma síntese sobre a história do edifício escolar e do seu desenvolvimento em território nacional. Desenvolve-se uma pesquisa bibliográfica sobre metodologias de inspeção adotadas em território nacional e internacionalmente. Identificaram-se diferentes tipologias estruturais e arquitetónicas das escolas de Matosinhos, selecionou-se a mais representativa e, aparentemente, a que envolve casos com estados de conservação mais deficientes, definiu-se uma metodologia de inspeção estrutural e desenvolveram-se as respetivas fichas de inspeção. Selecionou-se e inspecionou-se visualmente um corpo da Escola Básica da Portela, de tipologia P3 e realizaram-se diferentes ensaios de diagnóstico. Comparam-se os respetivos resultados com os obtidos na inspeção da Escola da Amieira, do mesmo concelho e com a mesma tipologia. Propõem-se soluções de reparação com base no resultado da inspeção visual, nos ensaios de diagnóstico e na norma NP EN 1504-9. Estima-se o respetivo custo e sugere-se uma metodologia de extrapolação das conclusões e do estabelecimento de uma estimativa orçamental das intervenções de reparação das restantes escolas tipo P3 deste concelho e de outras com idênticas tipologias, localizações e condições ambientais envolventes.

Dimensionamento de lajes aligeiradas betonadas "in situ"

A conjuntura económica da construção não se encontra numa fase de prosperidade, existindo a necessidade de criar soluções construtivas que permitam a redução de custos dos materiais a nível de obra. As lajes de betão armado, devido à sua grande área de implantação, possuem uma parcela importante no orçamento final de qualquer obra de edifícios correntes. Sabendo das possibilidades de aligeiramento de lajes, torna-se necessária a realização de um estudo pormenorizado e comparativo entre soluções de aligeiramento. O desenvolvimento deste relatório reflete todo o trabalho efetuado durante a realização de um estágio curricular desenvolvido na empresa FercaNorte – Estruturas, Lajes e Cofragens, Lda. e foca-se num dimensionamento e estudo comparativo de soluções de lajes fungiformes aligeiradas, aplicadas a dois casos de estudo e também num dimensionamento e estudo comparativo de soluções de lajes aligeiradas unidirecionais mas apenas aplicadas a um caso de estudo. No primeiro caso de estudo, laje fungiforme com um vão de 6 metros nas duas direções, são dimensionadas e comparadas quatro soluções: laje fungiforme maciça; laje fungiforme aligeirada com blocos elipsoides perdidos dispostos de forma ortogonal e envolvidos totalmente por betão; laje fungiforme aligeirada com blocos elipsoides perdidos dispostos em formato de favo de mel e envolvidos totalmente por betão; e laje fungiforme nervurada com moldes recuperáveis. No segundo caso de estudo, laje fungiforme com um vão de 7,04 metros nas duas direções, são dimensionadas e comparadas cinco soluções: laje fungiforme maciça, laje fungiforme aligeirada com blocos cúbicos perdidos dispostos de forma ortogonal e envolvidos totalmente por betão; laje fungiforme aligeirada, com blocos elipsoides perdidos dispostos de forma ortogonal e envolvidos totalmente por betão; laje fungiforme aligeirada com blocos elipsoides perdidos dispostos em formato de favo de mel e envolvidos totalmente por betão; e laje fungiforme nervurada com moldes recuperáveis. No terceiro caso de estudo, laje unidirecional com um vão de 8 metros apoiada em vigas com vão de 5 metros, são dimensionadas e comparadas três soluções: laje maciça; laje aligeirada com perfis tubulares com secção transversal reta oval; e laje nervurada com moldes recuperáveis. No final é apresentada uma estimativa orçamental para cada solução analisada nos três casos de estudo abordados.

Aplicação do modelo escoras e tirantes a vigas parede de acordo com o Eurocódigo 2:2010

O Modelo Escoras e Tirantes surgiu no início do Século XX quando Ritter e Mörsch estabeleceram a analogia entre uma treliça clássica e uma viga de betão armado. Desde então pesquisadores têm estudado esse modelo como método de dimensionamento. A partir dos anos 90 várias normas apresentaram a utilização do modelo escoras e tirantes como relevante no dimensionamento de elementos de betão armado. Os critérios de segurança do Modelo Escoras e Tirantes são neste trabalho explicados de acordo com o Eurocódigo 2:2010, e comparadas com as normas NBR 6118:2014 e ACI 318:2011. É unanime dizer que a utilização do método torna-se mais vantajosa para regiões de descontinuidade. Em todos os elementos de betão armado, o Método Escoras e Tirantes são representações dos campos de tensão idealizados por elementos comprimidos e tracionados. Para a definição destes elementos é proposto o processo de “caminho de carga” em que conhecidas as tensões elásticas e suas direções principais utilizando o Método dos Elementos Finitos o modelo das escoras e tirantes é de fácil concepção. É também possível a definição deste a partir de modelos padrão já concebidos para determinados tipos de elementos estruturais de betão armado. Para o elemento descontinuo viga-parede estudado foram apresentados cinco modelos de cálculo até otimizar a solução validando as tensões com o Método dos Elementos Finitos. Em todos os modelos foram analisadas a definição do Modelo Escoras e Tirantes, a resistência das escoras, dos tirantes e dos nós até chegar à solução construtiva da viga-parede. Concluiu-se que a definição do modelo é a chave do dimensionamento.

New recycling approaches for thermoset polymeric composite wastes – an experimental study on polyester based concrete materials filled with fibre reinforced plastic recyclates

In this study, a new waste management solution for thermoset glass fibre reinforced polymer (GFRP) based products was assessed. Mechanical recycling approach, with reduction of GFRP waste to powdered and fibrous materials was applied, and the prospective added-value of obtained recyclates was experimentally investigated as raw material for polyester based mortars. Different GFRP waste admixed mortar formulations were analyzed varying the content, between 4% up to 12% in weight, of GFRP powder and fibre mix waste. The effect of incorporation of a silane coupling agent was also assessed. Design of experiments and data treatment was accomplished through implementation of full factorial design and analysis of variance ANOVA. Added value of potential recycling solution was assessed by means of flexural and compressive loading capacity of GFRP waste admixed mortars with regard to unmodified polymer mortars. The key findings of this study showed a viable technological option for improving the quality of polyester based mortars and highlight a potential cost-effective waste management solution for thermoset composite materials in the production of sustainable concrete-polymer based products.

PLSR Models for Mechanical Strengths of Concrete Composite Materials Reinforced with Pultrusion Wastes

In this paper, we present two Partial Least Squares Regression (PLSR) models for compressive and flexural strength responses of a concrete composite material reinforced with pultrusion wastes. The main objective is to characterize this cost-effective waste management solution for glass fiber reinforced polymer (GFRP) pultrusion wastes and end-of-life products that will lead, thereby, to a more sustainable composite materials industry. The experiments took into account formulations with the incorporation of three different weight contents of GFRP waste materials into polyester based mortars, as sand aggregate and filler replacements, two waste particle size grades and the incorporation of silane adhesion promoter into the polyester resin matrix in order to improve binder aggregates interfaces. The regression models were achieved for these data and two latent variables were identified as suitable, with a 95% confidence level. This technological option, for improving the quality of GFRP filled polymer mortars, is viable thus opening a door to selective recycling of GFRP waste and its use in the production of concrete-polymer based products. However, further and complementary studies will be necessary to confirm the technical and economic viability of the process.

Re-use assessment of thermoset composite wastes as aggregate and filler replacement for concrete-polymer composite materials: a case study regarding GFRP pultrusion wastes

Glass fibre-reinforced plastics (GFRP), nowadays commonly used in the construction, transportation and automobile sectors, have been considered inherently difficult to recycle due to both the cross-linked nature of thermoset resins, which cannot be remoulded, and the complex composition of the composite itself, which includes glass fibres, polymer matrix and different types of inorganic fillers. Hence, to date, most of the thermoset based GFRP waste is being incinerated or landfilled leading to negative environmental impacts and additional costs to producers and suppliers. With an increasing awareness of environmental matters and the subsequent desire to save resources, recycling would convert an expensive waste disposal into a profitable reusable material. In this study, the effect of the incorporation of mechanically recycled GFRP pultrusion wastes on flexural and compressive behaviour of polyester polymer mortars (PM) was assessed. For this purpose, different contents of GFRP recyclates (0%, 4%, 8% and 12%, w/w), with distinct size grades (coarse fibrous mixture and fine powdered mixture), were incorporated into polyester PM as sand aggregates and filler replacements. The effect of the incorporation of a silane coupling agent was also assessed. Experimental results revealed that GFRP waste filled polymer mortars show improved mechanical behaviour over unmodified polyester based mortars, thus indicating the feasibility of GFRP waste reuse as raw material in concrete-polymer composites.

Drilling of fibre reinforced plastic laminates

The use of fibre reinforced plastics – FRP’s – in structures is under a considerable increase. Advantages of their use are related with their low weight, high strength and stiffness. The improvement of the dynamic characteristics has been profitable for aeronautics, automobile, railway, naval and sporting goods industries. Drilling is a widely used machining technique as it is needed to assemble parts in a structure. This is a unique machining process, characterized by the existence of two different mechanisms: extrusion by the drill chisel edge and cutting by the rotating cutting lips. Drilling raises particular problems that can reduce mechanical and fatigue strength of the parts. In this work, quasi-isotropic hybrid laminates with 25% of carbon fibre reinforced plies and 4 mm thickness are produced, tested and drilled. Three different drill geometries are compared. Results considered are the interlaminar fracture toughness in Mode I – GIc –, thrust force during drilling and delamination extent after drilling. A bearing test is performed to evaluate tool influence on the load carrying capacity of the plate. Results consider the influence of drill geometry on delamination. A correlation linking plate damage to bearing test results is presented.

Drilling tool geometry evaluation for reinforced composite laminates

In this work, a comparative study on different drill point geometries and feed rate for composite laminates drilling is presented. For this goal, thrust force monitoring during drilling, hole wall roughness measurement and delamination extension assessment after drilling is accomplished. Delamination is evaluated using enhanced radiography combined with a dedicated computational platform that integrates algorithms of image processing and analysis. An experimental procedure was planned and consequences were evaluated. Results show that a cautious combination of the factors involved, like drill tip geometry or feed rate, can promote the reduction of delamination damage.

Tool geometry evaluation for carbon reinforced composite laminates

The use of composite laminates in complex structures has increased significantly. However, there are still some issues when considering their use, mainly related with machining, leading to some difficulties and lack of acceptance. In this work, a methodology to evaluate drill geometry and feed rate based on thrust force and delamination extension is presented.

Evaluation of tools and cutting conditions on carbon fibre reinforced laminates

The distinctive characteristics of carbon fibre reinforced plastics, like low weight or high specific strength, had broadened their use to new fields. Due to the need of assembly to structures, machining operations like drilling are frequent. In result of composites inhomogeneity, this operation can lead to different damages that reduce mechanical strength of the parts in the connection area. From these damages, delamination is the most severe. A proper choice of tool and cutting parameters can reduce delamination substantially. In this work the results obtained with five different tool geometries are compared. Conclusions show that the choice of an adequate drill can reduce thrust forces, thus delamination damage.