Aplicação do modelo HDM-4 na previsão do IRI para pavimentos rodoviários da rede nacional

Os modelos de previsão da degradação dos pavimentos são um elemento-chave para os sistemas de gestão dos pavimentos sendo utilizados para prever a evolução das suas condições de circulação. O presente trabalho tem como objetivo estabelecer um modelo de previsão da evolução do indice de irregularidade longitudinal (IRI), principal indicador da qualidade funcional de um pavimento. Para tal, foram utilizados dados da base de dados da empresa Infraestrutruras de Portugal (IP). Esta mantém um programa de monitorização da rede com o objetivo de controlar a qualidade de serviço e gerir de forma consciente os recursos disponíveis. O modelo HDM-4 foi implementado em código do programa Matlab com o objetivo de apoiar este estudo. Primeiro, procedeu-se à avaliação da forma com que os parâmetros do modelo HDM-4 atuam sobre o valor do IRI no modelo HDM-4. Posteriormente, procurou-se ajustar os resultados obtidos efetuando calibrações, com o intuito de minimizar o erro entre os valores calculados e os valores medidos pela IP. Concluiu-se que é possível estabelecer modelos com base no modelo HDM-4, em pavimentos flexíveis, ajustados à rede rodoviária nacional. No entanto, para serem incluidos fatores que deveriam ser contabilizados no modelo, deverão ser realizadas algumas alterações na base de dados a utilizar.

Argamassas de cal hidráulica natural NHL3.5 com metacaulino – Caracterização após três anos em cura laboratorial e marítima

A presente dissertação enquadra-se num estudo que esteve inserido nos projetos FCT-METACAL e FCT-LIMECONTECH, e cujos resultados foram já parcialmente publicados por GRILO et al. (2014a e 2014b). Nesse estudo produziram-se e caraterizaram-se, aos 28, 90 e 180 dias, argamassas de cal hidráulica natural, NHL3.5 produzida em Portugal, com substituições percentuais de ligante por metacaulino (Mk). Outro fator estudado foi a influência do tipo de cura, estando as amostras das argamassas sujeitas a 3 tipos de cura diferentes: standard, marítima e húmida. Aos 180 dias de cura, as argamassas com 10% de substituição de Mk apresentaram melhorias nas resistências mecânicas e melhorias evidentes no comportamento em relação à absorção de água e secagem. No geral as características das argamassas indiciavam a sua adequação para a conservação de fachadas de edifícios antigos e aplicação na reabilitação de edifícios com suportes mais resistentes ou mesmo em construção nova. No presente estudo foram caracterizadas as mesmas argamassas, desta feita com 3 anos de idade, e avaliada a evolução das suas caraterísticas até esta idade em cura marítima e húmida. Ao contrário do previsto, as resistências mecânicas das argamassas com substituição de metacaulino tiveram reduções nos seus valores, chegando, em alguns casos, a ficar abaixo dos valores das argamassas sem Mk. Pela caracterização química e mineralógica constata-se que essa redução foi motivada pela instabilidade dos compostos pozolânicos formados pelo Mk, embora esses compostos tenham sido os responsáveis pelas elevadas resistências mecânicas registadas a idades jovens. As argamassas com Mk apresentaram um melhor comportamento à água, devido ao refinamento da sua estrutura porosa. Dos ensaios realizados apenas o índice de secagem e o ensaio de resistência aos sais revelaram resultados piores nas argamassas com Mk, quando em comparação com as argamassas de referência, só com NHL. Em relação ao tipo de cura, verificou-se não existirem grandes diferenças entre a cura húmida e a marítima.

Influência de forças de percolação na estabilidade de obras geotécnicas. Implementação e validação de modelo numérico

A percolação da água nos solos impõe-lhe forças, designadas por forças de percolação, que alteram a distribuição das forças de massa e, portanto, das tensões efectivas no maciço. Neste trabalho desenvolve-se, implementa-se e valida-se um programa numérico de análise de escoamentos capaz de caracterizar eficazmente o comportamento da água nos solos em regime permanente. O programa detalha as pressões de água, as cargas hidráulicas, as velocidades e as forças de percolação. Em seguida, para avaliar a influência do escoamento de água na estabilidade das mais variadas obras geotécnicas recorre-se a um programa de elementos finitos que implementa numericamente o teorema cinemático da análise limite. Os exemplos de aplicação realizados para validação demonstram que o cálculo implementado conduz a resultados muito semelhantes, por vezes melhores, aos obtidos por outros autores, tanto a nível analítico como numérico. Conclui-se o trabalho com o estudo da influência de escoamentos com componente maioritariamente vertical na capacidade resistente de fundações superficiais. No caso de um escoamento estritamente vertical é necessária a condição de permeabilidade de fundação. A impermeabilidade da fundação altera o regime de escoamento, e, portanto, a distribuição das forças de percolação e das tensões efectivas. Este estudo tem como objectivo avaliar preliminarmente a influência desta alteração na capacidade resistente de fundações superficiais.

Inspecção de infraestruturas ferroviárias. Avaliação não destrutiva com o radar de prospecção.

As infraestruturas ferroviárias são cada vez mais, essenciais para o serviço de mobilidade de pessoas e bens em curtas e em longas distâncias. A notável evolução da indústria e da tecnologia impulsionou o desenvolvimento socioeconómico dos países e por sua vez, a densidade das redes de transporte. Com base nesta expansão as entidades gestoras dos caminhos-de-ferro têm como função oferecer cada vez melhores serviços de transporte e, por conseguinte, garantir um elevado nível de segurança e conforto aos passageiros conjugando-os, claro, com os recursos que dispõem. Hoje em dia, as noções de manutenção e conservação das vias férreas estão directamente ligadas com a segurança dos utilizadores. Daqui resulta que as inspeções das vias são cada vez mais importantes para o bom funcionamento das mesmas. Assim, o objectivo desta dissertação consiste em propor uma metodologia para uma melhor avaliação das infraestruturas ferroviárias em tempo real. Ou seja, o intuito será de diminuir o tempo de inspecção das vias férreas, com base na antecipada caracterização dos parâmetros eletromagnéticos dos materiais ferroviários, em especial, do balastro contaminado com solo. Pretendeu-se desenvolver ensaios em laboratório que simulem as várias hipóteses de contaminação do balastro que podem existir numa via tradicional, variando o nível de contaminação do balastro e o teor em água do solo. Posteriormente, através da medição em contínuo da camada de balastro, com o apoio do radar de prospecção, GPR, irão ser estudadas as constantes dieléctricas dos diferentes casos de estudo. A metodologia em estudo procura estabelecer uma relação entre os dados obtidos em laboratório, através do radar de prospecção, e a medição dos parâmetros geométricos de via numa via em serviço, analisando, principalmente, as zonas de deterioração. A utilização do GPR mostrou ser uma ferramenta eficiente para avaliação da condição da via, permitindo observar a evolução ao longo do tempo da contaminação do balastro.

Análise da vulnerabilidade sísmica do arco da Rua Augusta

Em Portugal grande parte dos edifícios históricos antigos são constituídos por alvenaria de pedra. Este género de construção é particularmente vulnerável a ações de natureza dinâmica, nomeadamente a ações sísmicas. O estudo da vulnerabilidade sísmica destes edifícios permite estimar os níveis de dano expectáveis, aquando da ocorrência de um sismo e apoiar o desenvolvimento de técnicas de reforço que permitam evitar o colapso dos mesmos. O objetivo principal do presente estudo é avaliar a vulnerabilidade sísmica do arco da rua Augusta em Lisboa, perante um evento sísmico regulamentar, utilizando um programa de cálculo comercial especializado que permite a utilização de análises dinâmicas não lineares. Numa primeira fase procedeu-se à identificação modal do arco, com recurso a ensaios de vibração ambiental. Os resultados destes ensaios de caracterização dinâmica foram utilizados para calibrar o modelo numérico, o qual foi desenvolvido no programa de cálculo Extreme Loading for Structures, baseado no Método dos Elementos Aplicados. O modelo numérico foi utilizado, numa segunda fase, para avaliar a vulnerabilidade sísmica do arco. Uma análise preliminar pushover permitiu obter a curva de capacidade da estrutura, que por sua vez, possibilita a definição os limites de um conjunto de estados de dano considerados relevantes para o arco. Subsequentes análises sísmicas não lineares e a definição de curvas de fragilidade, permitem estimar os níveis de dano prováveis para vários níveis de ação sísmica e concluir sobre a vulnerabilidade sísmica do Arco da Rua Augusta perante um cenário sísmico regulamentar.

Ferramentas de apoio para a decisão do nível de intervenção em edifícios

A indústria da construção, em especial o setor da reabilitação, começa a dar sinais positivos, aumentando o interesse dos investidores e o consequente aumento de investimento. Este é um setor onde ainda há muito a fazer, já que os centros urbanos encontram-se abandonados e degradados a precisar de medidas de intervenção que deem uma nova dinâmica às cidades. Nos dias de hoje as exigências funcionais (e.g. térmicas, uso normal, incêndio, entre outras) são maiores do que há alguns anos, o que faz com que as construções precisem de ser reabilitadas, com o objetivo de corresponderem aos requisitos de satisfação atuais. Numa intervenção em edifícios existentes a maior preocupação deverá ser o estado de conservação dos elementos funcionais, para que sejam determinadas intervenções que, no mínimo, devolvam as funções iniciais ao edifício, eliminando as anomalias existentes. Atualmente, no campo do diagnóstico de anomalias, há muitos estudos que permitem uma análise aprofundada de determinado material, elemento funcional ou de anomalias específicas, tendo o potencial de servir de apoio a metodologias que se possam desenvolver num âmbito mais geral. Neste estudo é apresentada uma proposta de método de classificação das necessidades de intervenção, com a definição do respetivo nível e prioridade, com o objetivo de apoiar a inspeção e a decisão das soluções de reabilitação, para que sejam adotadas soluções adequadas às anomalias e ao grau de exigência do Promotor. O tipo de ações de diagnóstico de anomalias necessário é determinado conforme a classificação do nível de anomalia, baseado no Método de Avaliação do Estado de Conservação de imóveis (MAEC) e na atividade das causas que lhes deram origem O nível de intervenção é classificado conforme a extensão das anomalias nos elementos funcionais, enquanto a prioridade de intervenção é definida segundo a avaliação do estado de conservação do edifício (MAEC) e a afetação das exigências funcionais, tendo em conta a importância dos elementos funcionais. Houve alguma dificuldade na definição da metodologia proposta devido à vasta informação existente nesta área, quer de sistemas construtivos, como de anomalias, diagnósticos e soluções de intervenção, que apresentam características específicas, dificultando a adoção de métodos gerais que sejam adequados aos diferentes casos. No entanto foi possível aprender com uma série de informações e ferramentas utilizadas nos outros métodos, para que, através de uma inspeção visual, realizada no âmbito do MAEC, seja possível diagnosticar as anomalias e classificar a intervenção. Espera-se de futuro que seja realizada a validação do método proposto, através da sua aplicação em casos práticos.

Análise da influência da alteração do ângulo de contacto na injectabilidade de grouts

Actualmente, a grande maioria dos monumentos e edifícios antigos que constituem os centros históricos e urbanos necessitam de profundas intervenções de reabilitação. Um dos seus principais problemas incide sobre as alvenarias de pedra que, devido à sua heterogeneidade, apresentam limitações a nível estrutural. Neste contexto, e também para correcção de outras anomalias existentes, são realizadas intervenções de consolidação de modo a torná-las funcionais e seguras face às exigências actuais. Uma das técnicas mais utilizadas de consolidação dessas alvenarias é a injecção de grouts, que tem sido considerada adequada no restabelecimento da compacidade, uniformidade de tensões e continuidade entre diferentes panos de alvenaria antiga. A utilização desta técnica de consolidação tem como objectivo não só aumentar a compacidade da parede de alvenaria através do preenchimento dos vazios existentes e, consequentemente, a resistência mecânica do meio injectado, mas também criar uma ligação entre os diferentes panos, incrementando o comportamento monolítico da alvenaria. Outro aspecto não menos importante a ter em conta numa injecção de grout reside na compatibilidade com os materiais existentes. Neste estudo, optou-se pela utilização de um grout a base de cal hidráulica tendo em conta as suas características química, física e mecânica com os materiais de alvenarias antigas. O grout deve ser concebido de forma a obter o melhor desempenho, quer a nível de injectabilidade, quer de durabilidade. Assim, optou-se por fazer um estudo prévio da composição do grout considerando-se a presença de diferentes quantidades de superplastificante. Aliás, o estudo das características do meio poroso considera-se tão relevante como o estudo das características do grout. Após inserido no meio poroso, devido às características de absorção das partículas constituintes do meio, o grout vai perdendo as suas propriedades (perda de água da sua composição), surgindo consequentemente problemas de penetração do grout. Neste sentido, no presente trabalho é abordado um novo factor no processo de injecção que tem como objectivo diminuir esse efeito de sucção da água constituinte do grout por parte do meio poroso, através da alteração do ângulo de contacto entre o grout e o meio poroso. Com o intuito de estudar o factor diferenciador da injecção referido e de avaliar a eficiência da injecção de grouts nesses meios porosos, procedeu-se à criação de modelos que simulassem, com a maior fiabilidade possível, diferentes permeabilidades passíveis de caracterizar o núcleo interior de alvenarias antigas. De modo a avaliar a qualidade destas injecções de grout recorreu-se a ensaios de ultra-sons e à técnica de tomografia ultra-sónica. A combinação destas técnicas de análise não-destrutivas revelou-se de grande utilidade na aferição da morfologia interna dos modelos criados, permitindo a obtenção de informações qualitativas e quantitativas sobre os meios porosos em estudo. Foram também realizados ensaios de resistência à tracção por compressão diametral de forma a conhecer as resistências mecânicas e as respectivas relações com a qualidade de injecção dos meios porosos.

Avaliação e quantificação da intensidade da agitação marítima em Portugal Continental

A orla costeira Portuguesa apresenta uma considerável faixa exposta ao mar. A observação da erosão costeira, que se têm intensificado ao longo dos últimos anos, leva a uma preocupação crescente com a faixa litoral na costa Portuguesa. A presente dissertação pretende contribuir para o conhecimento necessário para a avaliação do risco de erosão na costa continental portuguesa, através da análise classificação da intensidade da agitação marítima em duas zonas distintas: a orla costeira de Espinho, na costa oeste e a orla costeira da Ria Formosa, na costa sul. Assim, desenvolveram-se e testaram-se índices (ou métodos) de avaliação da “intensidade energética” ou “intensidade da agitação marítima”, em situação de temporal, que se aplicaram aos litorais de Espinho e da Ria Formosa, comparando-se os resultados entre si, com o intuito de selecionar as classes de intensidade energética que possam ser mais adequadas à generalidade da costa continental Portuguesa. Os índices utilizados foram, além da intensidade energética aplicada em Heitor (2013), a intensidade da potência de onda, a intensidade marítima determinada pela quantidade de movimento da onda e a intensidade marítima determinada pela tensão de radiação. Da aplicação dos diferentes índices aos dados do litoral de Espinho conclui-se que os resultados dos quatro métodos estão muito bem correlacionados, sendo as diferenças muito subtis. Não é assim possível concluir, para já, sobre a vantagem ou maior adequação de um método sobre qualquer um dos outros. No entanto, da aplicação dos diferentes métodos aos dados do litoral da Ria Formosa conclui-se que os resultados dos quatro métodos diferem entre si, verificando-se que o método do fluxo de energia (ou da potência de onda) não é o método mais adequado, com fraca correlação com os outros métodos energéticos, estando os restantes três métodos bem correlacionados.

Avaliação do clima interior no Museu Nacional de Arte Antiga

Os edifícios antigos assumem um papel fundamental na sociedade uma vez que são um símbolo do passado. Muitos museus portugueses encontram-se inseridos nestes edifícios, normalmente caracterizados por microclimas próprios que nem sempre correspondem às condições ideais para uma correcta conservação das colecções. Os materiais reagem a variações de temperatura e humidade relativa, o que pode levar à sua degradação. As directrizes para definir o clima interior têm evoluído nos últimos anos. Inicialmente procuravam-se valores exactos que garantissem ambientes ideais. No entanto, com o passar dos anos e como consequência do aumento do conhecimento esta abordagem foi substituída pela busca de intervalos sustentáveis, tendo sempre a preocupação de garantir uma correcta conservação dos materiais. Abandonou-se a procura por valores ideais e adequados a todos os climas e começou-se a definir intervalos com base no microclima histórico. Neste trabalho pretendeu-se analisar o microclima interior do Museu Nacional de Arte Antiga, em Lisboa (Portugal) e a forma como este influencia as condições de conservação, com o estudo de 11 salas. Através de registos climáticos horários recolhidos no interior do Museu e relativos ao ano de 2014 foi efectuada uma análise do seu comportamento e averiguou-se a eficiência do sistema de climatização presente no Museu. Efectuou-se uma avaliação das condições de conservação (especificação ASHRAE) e testou-se a aplicação de uma metodologia dinâmica (metodologia FCT-UNL) com intervalos mais tolerantes, mas mantendo as condições de conservação. Observou-se a existência de um microclima bastante estável, confirmando a presença de um sistema de climatização, onde não é possível notar o efeito da inércia térmica e onde as solicitações exteriores parecem ter apenas alguma influência no clima interior. Constatou-se ainda a ausência de condensações superficiais e verificou-se que os limites de temperatura e humidade relativa impostos não são cumpridos na maioria do tempo. No entanto, o Museu apresenta uma boa classificação geral no que respeita à qualidade do ambiente para a conservação, pelo que foi possível avançar com a sugestão de novos intervalos - dinâmicos e mais adequados às limitações do edifício.

Efeito das condições de fabrico e compactação no comportamento mecânico de misturas betuminosas temperadas

As Misturas Betuminosas Temperadas (MBT) são misturas produzidas a temperaturas mais baixas que as tradicionais a quente, resultando na diminuição da quantidade de energia necessária durante a produção e da emissão de gases poluentes, com melhoria das condições de trabalho dos operários. Estas misturas devem apresentar um comportamento semelhante às tradicionais de modo a se obterem pavimentos com igual durabilidade. Neste trabalho pretendeu-se investigar o efeito da variação das temperaturas de fabrico e de compactação no comportamento em serviço da mistura betuminosa. Para tal, realizou-se o estudo experimental de uma mistura betuminosa (AC 20 base), com incorporação de diferentes aditivos, produzida a temperaturas várias. O efeito dos diferentes aditivos no comportamento reológico do betume a temperaturas elevadas foi avaliado através da medição da viscosidade dinâmica. O desempenho da mistura foi avaliado através do ensaio de deformação permanente e do ensaio de sensibilidade à água. Os resultados do ensaio de sensibilidade à água mostram um efeito claro das temperaturas de produção na resistência da mistura, com os melhores resultados obtidos para as temperaturas sugeridas pelo produtor. Os resultados do ensaio de deformação permanente apresentam maior dependência do tipo de aditivo utilizado do que das temperaturas. Assim, conclui-se que a produção de misturas betuminosas temperadas com incorporação de aditivos não compromete o comportamento em serviço do pavimento desde que sejam utilizadas as temperaturas adequadas para esse tipo de mistura.

Estudo do galgamento em estruturas marítimas verticais utilizando o modelo numérico AMAZON

O galgamento oceânico é um fenómeno associado à interação de ondas com estruturas marítimas. Nesta dissertação estudou-se o galgamento em estruturas marítimas verticais através da aplicação do modelo numérico AMAZON, que é um modelo bidimensional, baseado na resolução das equações não lineares de águas pouco profundas. Para validar a sua aplicação a estruturas marítimas verticais impermeáveis, os resultados de caudal médio galgado obtidos com o modelo AMAZON foram comparados com os resultados de ensaios em modelo físico bidimensional realizados anteriormente e disponíveis na base de dados do projeto europeu CLASH. Os resultados foram ainda comparados com os das fórmulas empíricas e semi-empíricas de Van der Meer & Bruce de 2014, de Goda de 2008 e de Hedges & Reis de 2015. Antes da sua validação, o modelo foi calibrado utilizando um dos ensaios do CLASH. Para tal, realizou-se uma análise de sensibilidade a alguns parâmetros do modelo, concretamente da dimensão mínima da malha, da escala de aplicação do AMAZOM (à escala reduzida ou à do protótipo), da forma de modelação da parede vertical, já que, dado este modelo ser integrado na vertical, não é possível considerar paredes verticais sem utilizar um artifício de cálculo, dos valores de alguns dos parâmetros de entrada do modelo (profundidade mínima molhada e a profundidade mínima de fricção) e da dimensão do domínio de cálculo. Os resultados da calibração do AMAZON mostram que, por causa da precisão do modelo para os menores caudais médios de galgamento, se deve aplicar o modelo à escala do protótipo. Para estruturas verticais, a aproximação que o modelo faz, por defeito, para a secção vertical da estrutura através de um talude fictício a 10:1 apresenta melhores resultados que a utilização de um talude a 20:1. Contudo, ambos requerem a adoção de uma dimensão da malha bastante reduzida nesta zona e na sua vizinhança (0.03 m). No caso em estudo, os dois parâmetros de entrada do modelo não têm impacto significativo nos resultados, ao contrário do domínio de cálculo que, tal como recomendado na literatura de referência, se deve iniciar (fronteira de entrada) a aproximadamente um comprimento de onda do pé da estrutura. Os resultados obtidos mostram que, em geral, o AMAZON subestima o valor medido do caudal médio galgado com erros relativos variáveis entre -91% e -49%; apenas para um caso o modelo sobrestima o caudal médio, com um erro relativo de 43%. Quando comparado com as formulações empíricas e semi-empíricas, a fórmula de Van der Meer & Bruce apresenta melhores aproximações aos caudais médios medidos que constam na base de dados do CLASH, seguida da fórmula de Goda e dos resultados do modelo AMAZON, embora estes dois últimos apresentem valores bastante próximos. Assim, uma vez que o modelo está em constante desenvolvimento, espera-se que no futuro seja uma ferramenta mais poderosa. Contudo, enquanto não se fizerem melhorias no modelo e/ou não se estender a outros ensaios a análise feita no âmbito desta dissertação, os resultados sugerem que não há vantagem na sua utilização face às formulações empíricas e semi-empíricas disponíveis, tendo também em conta o significativo tempo computacional exigido para executar o AMAZON com a dimensão da malha escolhida.