Reforço de estruturas de betão armado com CFRP

Ao longo dos anos as estruturas existentes têm sido adaptadas para novas utilizações. No entanto, devido aos condicionalismos arquitetónicos e patrimoniais, a demolição e substituição por estruturas novas, pode-se tornar pouco viável, sendo cada vez mais exequível a opção de reforçar. A presente dissertação refere-se a uma dessas opções de reforço nomeadamente ao reforço de estruturas em betão armado com CFRP (Compósitos Reforçados com Fibras de Carbono), nomeadamente lajes e vigas. Os objetivos principais deste trabalho consistem em desenvolver uma proposta de critérios de dimensionamento de estruturas de betão armado reforçadas com CFRP tendo por base o disposto no Eurocódigo 2 comparando -a com o relatório técnico publicado “bulletin 14 - Externally bonded FRP reinforcement for RC structures”, da Fédération Internationale du Béton. Recorrendo à revisão bibliográfica, onde estão referidos temas como as características dos materiais de um sistema FRP, as suas técnicas de reforço e com uma exposição do comportamento das vigas reforçadas à flexão, particularmente no seu comportamento mecânico e modos de ruína associados a este tipo de reforço. Apresentam-se duas metodologias de cálculo para dimensionamento deste tipo de reforço para os diferentes estados limites, e aplicam-se a cada uma das metodologias de cálculo a uma viga com necessidade de reforço à flexão e ao corte, devido a um aumento de esforços provocado pelo aumento da sobrecarga. Desenvolve-se um estudo experimental onde se pretende avaliar a eficácia de um sistema de reforço à flexão com compósitos de CFRP colado externamente a uma viga e com diferentes taxas de reforço.

Reforço de estruturas de betão armado com compósitos de fibra de carbono

O relatório resulta do estágio realizado na empresa Sika Brasil, no âmbito da Unidade Curricular de DIPRE do Mestrado de Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto. A área de especialidade incidiu na recuperação e reforço de estruturas (Target Market Refurbishment), onde se deu a oportunidade de aprofundar conhecimentos em reforço estrutural através do sistema de reforço com compósitos de fibra de carbono (CFRP) colado exteriormente (EBR - Externally Bonded Reinforcement). O estágio realizado permitiu uma abordagem com a gama de produtos de recuperação e reforço da Sika Brasil, sendo que houve um foco muito grande nos produtos que respeitam ao reforço estrutural com compósitos de fibra de carbono. Este documento visa várias etapas do estágio, relacionadas diretamente com o reforço estrutural com CFRP. Foi feito um levantamento teórico das características dos compósitos de fibra de carbono, dando a conhecer os materiais envolvidos no sistema, as suas propriedades mecânicas e o seu âmbito de aplicação. No sentido de ter um diálogo profícuo com os projetistas e aplicadores de sistemas compósitos de fibra, foi realizada uma análise do procedimento de cálculo para o dimensionamento de reforço CFRP, à luz do Bulletin 14 fib:01 (2001), bem como uma análise da situação de incêndio para os sistemas compósitos. Consta neste documento uma análise feita entre os principais fornecedores de sistemas de CFRP no Brasil, baseando-se a mesma no conteúdo das fichas técnicas de produto relativas ao sistema de reforço EBR e respetiva comparação com a informação necessária para dimensionamento, de acordo com o Bulletin 14 fib:01 (2001). É relatado um reforço estrutural, como caso de estudo, tendo-se dado a oportunidade de se acompanhar desde a sua fase de projeto até à fase de execução. Por fim, este documento contém a simulação de dois programas da Sika para dimensionamento de reforço CFRP. A simulação foi feita para uma viga submetida a esforço de flexão, com as características geométricas e solicitações previamente definidas.

Deterioração e reabilitação de estruturas de betão armado

Apesar da enorme evolução tecnológica, os prazos na construção são cada vez mais reduzidos e os custos mais controlados, verificando-se uma despreocupação no que diz respeito a aspetos como a qualidade e durabilidade da construção das estruturas. Desperta assim nos técnicos, donos-de-obra, entidades executantes e projetistas a necessidade de avaliar o estado de conservação das estruturas de betão armado. Esta dissertação tem como objetivo principal abordar as anomalias e os mecanismos de deterioração mais correntes, os métodos de ensaio destrutivos ou parcialmente destrutivos mais utilizados e adequados, e abordar algumas das técnicas de reparação e reforço das estruturas de betão armado. Os principais danos apresentados nas estruturas são devidos a agentes físicos, mecânicos, biológicos e químicos. Podem ser devidos a causas diretas (acidentais ou naturais), que acarretam uma ação concreta sobre os elementos estruturais, e causas indiretas (humanas), diretamente ligadas com erros de projeto. É primordial fazer-se o levantamento de todas as anomalias existentes para se recorrer a um método de inspeção e ensaio. Consoante a necessidade de informação e estado da estrutura são selecionados os ensaios a realizar, podendo ser realizados “in situ” ou em laboratório. As técnicas de reparação e reforço são vistas como métodos para melhorar as condições da estrutura ao nível da segurança, desempenho, habitabilidade e durabilidade, prevenindo a evolução dos mecanismos de deterioração.

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.

Reabilitação de edifícios na baixa do Porto: análise de casos de obra

A reabilitação de edifícios antigos tem vindo a alcançar uma maior importância na actual narrativa da organização das cidades, devido à inevitável necessidade de reabilitar o património arquitetónico dos centros degradados, sendo vista pelo setor da construção civil como uma atividade com potencial de desenvolvimento para todos os intervenientes na construção. Torna-se, por isso, num tema consensual e extremamente interessante como objeto de estudo e reflexão, concretamente na cidade do Porto, onde se pode encontrar um centro histórico classificado. Nesta perspetiva deve ser dada a devida relevância à preservação do património construído, reabilitando-o para que a população regresse ao centro urbano. O presente relatório tem como base um estágio desenvolvido na empresa Porto Vivo, Sociedade de Reabilitação Urbana (SRU) da Baixa do Porto. Numa primeira parte deste trabalho será feita uma reflexão sobre a reabilitação urbana, registando a evolução que esta tem vindo a sofrer ao longo dos tempos, tendo posteriormente o foco na cidade do Porto, mais concretamente no centro histórico da cidade. Também será dado ênfase à intervenção da Porto Vivo SRU. Numa segunda parte, serão abordados os tipos de estrutura predominantes no centro histórico da cidade do Porto, nomeadamente, estruturas de madeira e estruturas de alvenaria de pedra. Por fim, na terceira parte deste trabalho analisaremos dois casos de obra. Como corolário, apresentamos a conclusão do trabalho onde se incluem propostas e sugestões para o seu desenvolvimento futuro.

Modelação e reforço de vigas de betão armado com laminados de fibra de carbono

Com o atual estado da construção em Portugal, a reabilitação urbana é uma realidade. Com muitos dos edifícios a necessitarem de reforço, procurou-se abordar o comportamento real das estruturas, indo além da típica análise linear elástica. Desta forma, pretendeu-se aumentar o conhecimento acerca da modelação numérica não-linear de estruturas de betão armado, expondo modelos de cálculo relativamente simples e de fácil compreensão, com o objetivo de servir de base a uma avaliação da capacidade de carga de um elemento estrutural. O modelo de cálculo foi validado com recurso ao trabalho experimental de Bresler e Scordelis (1963). Analisou-se o comportamento até à rotura de três vigas ensaiadas à flexão. Posteriormente, foi realizado um estudo paramétrico de algumas propriedades do betão com vista à discussão do melhor de ajuste. Em seguida, já no campo do reforço estrutural, simulou-se numericamente vigas reforçadas com CFRP, com recurso à técnica EBR e NSM. Comparam-se os resultados numéricos com os ensaios experimentais de Cruz et al. (2011a). Avaliou-se ainda o desempenho de soluções alternativas com variações na área e comprimento dos laminados. Para finalizar, foi desenvolvida uma campanha experimental com diferentes áreas de reforço. Conceberam-se e executaram-se três vigas de betão armado sobre as quais se instalaram laminados de CFRP. Os resultados experimentais são apresentados e discutidos à luz dos resultados do respetivo modelo numérico. No cômputo geral, o presente trabalho permitiu aferir a validade de modelos não-lineares na previsão do comportamento efetivo das estruturas até à rotura. Assinala-se a concordância em vários resultados experimentais analisados. Ficaram também patentes os principais fenómenos ligados ao reforço de vigas com CFRP, focados nos respetivos modelos de cálculo e nos resultados experimentais apresentados.

Análise do comportamento de estruturas através de ensaios de carga

A engenharia civil, rege-se pela garantia de segurança e de funcionalidade das obras que projeta e executa. Para cumprir tais requisitos, é necessário durante a sua vida útil, no final da construção, reforço ou reabilitação, proceder à avaliação da conformidade entre o comportamento real da estrutura e os pressupostos subjacentes ao projeto. Esta dissertação tem como objetivo a compreensão e análise do comportamento estrutural da Ponte sobre o Rio Sorraia, através da realização de ensaios de carga apoiados pela conceção de um modelo numérico devidamente calibrado, capaz de simular a resposta da estrutura, o mais próximo possível do observável na realidade. Para alcançar o objetivo pré definido elencam-se as metodologias relevantes, descrevem-se os tipos de ensaios de carga realizados em pontes/viadutos e faz-se referência aos aparelhos de medição que estão na base da instrumentação aplicada em obras. Esta introdução foca-se ainda na modelação numérica, permitindo o conhecimento básico necessário para a criação e atualização de modelos numéricos de pontes. Relativamente ao caso de estudo expõe-se a realização do ensaio de carga, descrevendo todo o processo, bem como os resultados obtidos ao nível das grandezas de medição estudadas. Aqui é concebido um modelo numérico base da ponte, alvo de discussão ao nível do comportamento estrutural, baseada na validação dos resultados obtidos por via experimental, através da comparação com os obtidos por via numérica. Por fim, o estudo e seleção de diversos parâmetros da modelação, facultando a calibração do modelo numérico da ponte. Os resultados obtidos neste modelo comprovam o seu elevado potencial, no apoio à observação e compreensão do comportamento de estruturas através da realização de ensaios de carga. O sucesso da realização de uma análise do comportamento de estruturas, através de ensaios de carga, depende assim fundamentalmente, da correta execução do ensaio, da correta conceção e atualização do modelo numérico e da interligação entre os resultados experimentais e numéricos.

Avaliação do comportamento e reforço da Ponte de Maçaínhas sob a ação do tráfego ferroviário

A presente dissertação tem como principal objetivo a avaliação do estado de conservação de uma ponte ferroviária metálica centenária para posteriormente se efetuar o reforço desta. O objeto de estudo foi a Ponte de Maçaínhas, uma ponte metálica treliçada que se situa na linha da Beira Baixa permitindo a ligação entre a Guarda e a Covilhã. Este trabalho envolveu um estudo profundo de vários conteúdos normativos relativos a ações em pontes ferroviárias e ações ambientais. Este estudo estende-se ainda ao campo das verificações regulamentares e critérios de segurança estrutural adequadas ao presente contexto. A operação de reforço começou numa rigorosa análise dos componentes estruturais da ponte, através do estudo de plantas e de um extenso registo fotográfico, para posteriormente se conceber um modelo numérico que traduzisse a situação real. Ao modelo concebido foram aplicadas as cargas regulamentares adequadas por forma a entender o comportamento que a ponte apresenta perante estas e se as suas secções transversais apresentam capacidade resistente suficiente. Caso estas não apresentem capacidade resistente suficiente teriam de ser intervencionadas. Concluído o processo de avaliação estrutural e de reforço, procedeu-se à verificação do comportamento da estrutura reforçada perante as ações de projeto. Com isto pretende-se avaliar se os esforços se distribuem da mesma maneira ou se a operação de reforço teve algum efeito na distribuição destes. Por último, para avaliar o comportamento da estrutura perante a passagem de tráfego real, realizaram-se análises dinâmicas que tiveram por base um grupo de veículos que habitualmente circulam na linha da Beira Baixa e um comboio de alta velocidade. Estas análises foram realizadas tanto para a situação pré reforço como pós reforço. Desta forma conseguiu-se fazer um paralelo entre ambas as condições e perceber se a operação de reforço foi bem-sucedida.

Aplicação do FMEA na avaliação de risco de taludes e muros de contenção tradicionais em alvenaria de pedra

Ao longo das últimas décadas o município de Amarante tem-se deparado com inúmeros problemas de instabilidade de estruturas de suporte de terras, maioritariamente instabilidade de taludes artificiais, (escavação e/ou aterro) e muros de contenção tradicionais em alvenaria de pedra. A unidade técnica de projeto, ou UTP da Câmara Municipal de Amarante tem vindo a elaborar estudos, projetos e adjudicar as obras para repor a normalidade apos a instabilização desses elementos, contudo a frequência de ocorrência destes fenómenos e os recursos necessários para a sua resolução ultrapassam a capacidade desta unidade, levando a que muitos destes casos se arrastem durante anos antes de ser reposta a sua normalidade. Perante este panorama revelou-se necessário efetuar um estudo de forma a listar, avaliar e priorizar os vários casos de instabilidade existentes, para uma eficiente alocação dos recursos disponíveis. Esta análise pretende ainda identificar as principais causas de instabilidade destas estruturas, de forma a eliminar ou mitigar a ocorrência de futuros problemas semelhantes. Para o estudo destes elementos de contenção de terras adotou-se o método de análise de risco conhecido como FMEA, “Failure Modes and Effects Analysis” ou Analise dos Modos de Falha e Efeitos, com as adaptações necessárias de forma a maximizar a confiabilidade das avaliações mediante a especificidade dos casos a avaliar e realidade da instituição.

A marcha humana: circuitos neuronais entre estruturas corticais vs sub-corticais

As conexões entre os níveis corticais e sub-corticais na activação da marcha Humana carecem de discussão. As alterações da marcha por lesão no território da Artéria Cerebral Média (ACM) podem ser explicadas pela disfunção de circuitos neuronais dos Núcleos da Base ao córtex e Núcleos Pedúnculo-Pontino. Este trabalho tem como objectivo identificar os percursos anatómicos das principais conexões entre as estruturas encefálicas referidas no território da ACM. Com base na topografia das conexões neuronais, é aceitável que as alterações da marcha sejam explicadas por alterações na função dos Núcleos da Base, através das suas conexões, enquanto moduladores da actividade motora.

Análise comparativa dos Estilos de Vida, Capacidade Funcional e qualidade de vida de pessoas diagnosticadas com esquizofrenia em função do contexto de inserção. Hospital Psiquiátrico versus estruturas residenciais de reabilitação.

A esquizofrenia é considerada uma das mais graves e debilitantes doenças psiquiátricas, afectando cerca de 1% da população, na maioria dos países ocidentais. Ao longo dos tempos têm sido desenvolvidas várias respostas e políticas sociais para responder a esta problemática, nem sempre eficientes e efectivas. A análise do sistema de prestação de cuidados de saúde mental em Portugal mostra uma evolução positiva na forma de perspectivar os cuidados a estas pessoas, centrado actualmente nos modelos de base comunitária e na implementação de programas de reabilitação psicossocial que potenciam a adopção de estilos de vida saudáveis e mais adaptativos, com consequente melhoria do seu funcionamento e qualidade de vida. Isto não significa no entanto, que não haja ainda muito a fazer na universalização destes pressupostos e na sua validação, assente nos princípios de uma prática baseada na evidência. Este estudo tem como objectivo verificar se os programas de reabilitação residencial interferem de forma significativa no estilo de vida, na qualidade de vida e na capacidade funcional de pessoas com diagnóstico de esquizofrenia. Para tal foram avaliadas 13 pessoas integradas em residências de reabilitação e 13 pessoas em hospital psiquiátrico (Casa de Saúde Rainha Santa Isabel), utilizando o questionário de Estilos de Vida na Esquizofrenia (Valente, Queirós, & Marques, 2009) e as versões portuguesas do WHOQOL-bref (Vaz-Serra e colaboradores 2006) e o Life Skills Profile (Rocha, Queirós, Aguiar, & Marques, 2006). A análise dos resultados parece apontar para a existência de diferenças pouco significativas entre os dois grupos na avaliação de Estilos de Vida. As diferenças são mais significativas no nível de qualidade de vida percepcionada, em todos domínios analisados e no Somatório Geral do questionário; e no que reporta à capacidade funcional, em particular na subescala do auto-cuidado, da responsabilidade e no somatório do teste de Life skills Profile. Em jeito de síntese parece assim que as estruturas residências de reabilitação parecem contribuir para a melhoria da capacidade funcional e qualidade de vida das pessoas lá integradas, por comparação com as que se encontram a residir em hospital psiquiátrico.

Circuitos neuronais entre estruturas corticais vs sub-corticais marcha humana

As conexões entre os níveis corticais e os níveis sub-corticais na activação da marcha Humana carecem de discussão. As alterações da marcha por lesão no território da Artéria Cerebral Média podem ser explicadas pela disfunção de circuitos neuronais dos Núcleos da Base ao córtex e Núcleos Pedúnculo-Pontinos, sendo para isso necessário identificar os percursos anatómicos das principais conexões entre as estruturas encefálicas referidas. Com base na topografia das conexões neuronais, é aceitável que as alterações da marcha possam existir também devido a alterações na função dos Núcleos da Base, através das suas conexões, enquanto moduladores da actividade motora.

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.

Desenvolvimento de uma ferramenta para cálculo de estruturas em material compósito

Os desafios à engenharia moderna são cada vez maiores, pretendendo-se quase sempre obter estruturas mais leves, com propriedades mecânicas atrativas e muitas vezes com geometrias complexas. Com tais requisitos, um dos materiais que tem vindo a ter uma crescente aplicação é o material compósito. Contudo, no que toca ao cálculo estrutural destes materiais, tudo se torna mais complexo, já que são materiais que geralmente são formados por empilhamento de várias camadas de material heterogéneo, podendo estas encontrarem-se dispostas segundo diferentes orientações. Assim, a utilização de um software que permita a previsão das propriedades mecânicas de uma estrutura em material compósito através da micromecânica, a aplicação da Teoria Clássica dos Laminados e de um critério de rotura, como por exemplo o de Tsai-Hill, é fundamental para agilizar o processo de estudo da estrutura a fabricar. Para dar uma resposta a tal necessidade foi desenvolvida uma aplicação, em MATLAB® GUI, denominada CAFE – Composite Analysis For Engineers, com ambiente gráfico apelativo, que permite determinar todas as variáveis importantes no estudo de estruturas em material compósito. Esta aplicação visa suportar e agilizar a aprendizagem desta área do conhecimento, permitindo também o acesso ao código de cálculo por parte do utilizador, de modo a conhecerem-se as equações utilizadas e, eventualmente, ser alvo de futuros desenvolvimentos. O programa desenvolvido foi alvo de validação, recorrendo-se para tal, a uma comparação dos resultados obtidos entre o respetivo programa e por um outro programa de grande fiabilidade. Assim sendo, concluiu-se que o software CAFE apresenta resultados válidos, encontrando-se apto a ser utilizado.

Instrumentação e monitorização na avaliação do comportamento de maciços e estruturas envolventes: caso de poços em meio urbano

Atualmente, a escavação de poços em locais densamente ocupados requer medidas severas para reduzir riscos e possíveis influências quer na própria obra quer em estruturas próximas. Neste campo, a instrumentação geotécnica e a sua monitorização tem um papel determinante na execução de obras geotécnicas, sendo que neste trabalho é dado um especial realce à instrumentação utilizada, às atividades de observação geotécnica, bem como à análise e interpretação das leituras para o controlo de movimentos induzidos no terreno pelas escavações. Este acompanhamento é baseado num plano de instrumentação, sendo descrito de uma forma transversal a importância do projeto e em particular das fases do processo de investigação geotécnica. O acompanhamento da execução dos poços para a futura Estação da Reboleira, permitiu validar as soluções de projeto para um determinado método construtivo, determinadas através de métodos numéricos e semi-empíricos, e abordados neste trabalho. A monitorização sistemática desde o início das escavações até ao revestimento secundário, permitiu tecer apreciações sobre os valores obtidos, apresentando-se alguns registos. Todas estas ações visam controlar e antecipar riscos de acidentes provocados pela execução de escavações, pelo que nesta tese é também realçada a importância da segurança e higiene no trabalho na prevenção dos riscos profissionais, independentemente da sua origem.