Modelação não-linear do comportamento de vigas-parede

Com a evolução dos recursos computacionais e o desenvolvimento dos modelos constitutivos disponíveis na avaliação do comportamento estrutural de elementos de betão armado, é comum recorrer-se cada vez mais a modelos numéricos que consideram a não-linearidade física e geométrica. As simulações numéricas obtidas com recurso a este tipo de modelos computacionais permitem obter um historial completo do comportamento estrutural, desde o início da aplicação do carregamento, até ao colapso total da estrutura. Contudo, verifica-se que em zonas de descontinuidade geométrica em estruturas de betão armado, a evolução do padrão de fendilhação é um fenómeno relativamente complexo, cuja simulação numérica representa um desafio considerável. O objectivo deste trabalho é o de verificar a aplicabilidade do Método dos Elementos Aplicados no estudo do desenvolvimento do padrão de fendilhação em paredes de betão armado, solicitadas por um carregamento monotónico. Foi analisado um conjunto de dez paredes, todas com uma abertura que provoca uma zona de descontinuidade geométrica e, consequentemente, um padrão de fendilhação mais complexo. Cada parede tem uma pormenorização de armadura diferente, permitindo verificar a fiabilidade do modelo computacional. Os resultados numéricos foram comparados com ensaios experimentais realizados por Bounassar Filho [8], permitindo tirar conclusões sobre as vantagens e as limitações deste método, quando aplicado ao estudo de estruturas de betão armado solicitadas por cargas monotónicas.

Comportamento da ligação CFRP/betão em estruturas de betão armado

O presente trabalho centra-se no estudo de um sistema de reforço de estruturas de betão armado que se tem tornado bastante utilizado, o reforço com materiais compósitos. Os materiais compósitos utilizados neste estudo são polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). A ligação deste compósito aos elementos de betão é feita através de resina, neste caso utilizou-se resina epoxídica. Neste sistema de reforço é fulcral garantir que a ligação entre o compósito e o betão é a melhor possível e, por isso, no presente estudo estudou-se esta ligação através de ensaios experimentais de corte simples. Com o intuito de se perceber a influência do comprimento de laminado de CFRP colado ao substrato de betão, foram utilizados diferentes comprimentos colados nos ensaios experimentais. Utilizaram-se duas técnicas de reforço distintas, reforço com compósitos de CFRP colados exteriormente (EBR) e reforço com compósitos de CFRP colados numa ranhura feita no bloco de betão (NSM), com o intuito de se verificar a influência que a técnica de reforço pode ter na eficácia do sistema de reforço, percebendo para qual das técnicas se consegue obter uma melhor aderência entre o laminado de CFRP e o substrato de betão. Foram realizados 11 ensaios de corte simples para a técnica EBR e 8 ensaios de corte simples para a técnica NSM. Neste estudo foi também encontrada uma solução analítica que consegue descrever o comportamento completo da interface entre o material compósito e o substrato de betão. Esta solução analítica foi encontrada a partir de um modelo bond-slip não-linear. Os resultados experimentais obtidos foram analisados e o modelo analítico proposto foi validado com recurso a estudos presentes na literatura e aos resultados experimentais obtidos no presente estudo.

Modelação dos efeitos da corrosão localizada em estruturas de betão armado

O presente trabalho incide sobre o estudo e impacto da corrosão local no comportamento sísmico de estruturas de betão armado, considerando o comportamento não linear dos materiais. A motivação para a realização desta dissertação surge da necessidade de prever a resposta de elementos estruturais de betão armado corroídos e avaliar a segurança dos mesmos em relação a esta condicionante. Esta motivação é acrescida dada a localização do território português numa região de relevante atividade sísmica e exposição a ambientes salinos. A introdução de corrosão local nas armaduras de estruturas de betão armado proporciona uma diminuição substancial da tensão de cedência, e reduções elevadas da tensão e extensão últimas nos varões de aço. Esta alteração de propriedades origina uma alteração no comportamento do aço de dúctil para frágil. Para além do estudo individual de comportamento dos varões face a esta condicionante é também prevista a resposta global dos elementos estruturais de estruturas de betão armado. Neste trabalho foram realizadas duas análises numéricas distintas, recorrendo aos programas de cálculo ATENA e SeismoStruct, em pilares e pórticos de betão armado, no qual as suas armaduras longitudinais e transversais apresentam perdas de seção local de 0, 10 e 20%. As diversas metodologias adotadas na modelação material e estrutural foram ensaiadas e fundamentadas em função de resultados experimentais e numéricos obtidos por outros autores. Tendo por base os resultados obtidos dos modelos numéricos, as estruturas de betão armado foram classificadas em níveis de desempenho e dano estrutural de acordo com a percentagem de corrosão local. Para as perdas de seção analisadas, os resultados demonstraram perda na capacidade resistente das estruturas de betão armado e diminuição da ductilidade, salientando-se as perdas de seção de 20% por originarem uma rotura frágil e prematura dos elementos estruturais.

Produção e caracterização de espumas 3D obtidas por electrofiação para aplicação em engenharia de tecidos

A produção de estruturas tridimensionais poliméricas tem sido foco de estudo por parte da Engenharia de Células e Tecidos, pelo que mimetizam melhor as condições in vivo dos tecidos. A conjugação das propriedades eléctricas com arquitectura 3D permite uma regeneração tecidual mais eficaz. Desta forma este estudo incidiu na construção de scaffolds, que conjugasse as propriedades mecânicas, eléctricas e biológicas num só suporte. O processo utilizado para produção de scaffolds baseou-se na electrofiação de soluções poliméricas de PCL (8% m/m) com incorporação de óxido de grafeno em diferentes concentrações: 0.01%, 0.1% e 0.25% (m/V). Foram avaliados os parâmetros de electrofiação que permitiram a organização tridimensional. A composição química e a morfologia das membranas foram avaliadas por FTIR-ATR e por microscopia electrónica de varrimento (MEV), respectivamente. Através de ensaios de tracção e de permeabilidade estudou-se a influência de óido de grafeno na matriz polimérica. Foram feitas experiências de redução de óxido de grafeno nas fibras electrofiadas, tanto nas membranas como das espumas, através do uso de vapores de hidrazina. Este mecanismo mostrou-se ineficaz, uma vez que afectou a sua morfologia. As espumas foram avaliadas quanto à sua bioactividade e propriedades mecânicas (ensaios de compressão). Também foram realizados testes de viabilidade celular nas membranas e de adesão celular nas espumas, de forma a avaliar o seu potencial para aplicação biomédica. Os resultados destes ensaios revelaram que óxido de grafeno não apresenta efeitos citotóxicos para o organismo e a sua presença promove a adesão celular ao scaffold.

Impulsos de terras sobre estruturas de suporte: aplicação de modelos dos estados críticos

Os modelos de comportamento de solos que aplicam a teoria da mecânica dos solos dos estados críticos são uma importante base para a compreensão do comportamento dos solos e uma ferramenta que permite, de uma forma simples, ter em conta aspetos do comportamento que os mo-delos muito básicos não permitem. Neste trabalho compara-se, com recurso aos programas de cálculo geotécnico PLAXIS e CRISP, a utilização de dois modelos - um elástico-perfeitamente plástico (modelo Mohr-Coulomb) e outro baseado nos estados críticos (modelo Cam-Clay Modificado) - na determina-ção das pressões e dos impulsos de terras sobre estruturas de suporte rígidas. Comparam-se também os resultados numéricos com os obtidos com métodos analíticos. Exceto para casos mais complexos (utilizando simultaneamente solo sobreconsolidado e pa-ramento rugoso), os impulsos ativos e passivos obtidos com o modelo Cam-Clay Modificado são se-melhantes aos obtidos com o modelo Mohr-Coulomb e com os métodos analíticos, concluindo-se que o modelo avançado modela satisfatoriamente a rotura do solo. Este modelo apresenta inclusive aspetos interessantes, como o desenvolvimento, em alguns casos em que se utiliza solo sobreconsolidado, de uma resistência de pico, que se evidencia no aparecimento de um impulso de pico. No entanto, na utilização do modelo deve ter-se em atenção alguns aspetos, nomeadamente a forma como se obtém o seu parâmetro de resistência,

Comparação entre um método aproximado e um método numérico para cálculo de deformações em treliças e otimização dessas estruturas

Pretende-se estudar a utilização de um método analítico relativamente básico para cál-culo de deformações em treliças com vãos consideravelmente longos, com o intuito de ajudar o projetista a conceber um futuro projeto antes de conhecer a geometria da estrutura reticulada as-sim como as áreas de secção transversal dos elementos que a compõe. Numa primeira fase é avaliado o grau de aproximação à realidade do método analítico, e numa segunda fase é avaliado o ganho que pode ser obtido por utilização de métodos numéricos, podendo esta dissertação ser dividida em duas partes:  Uma análise estrutural comparativa entre um método analítico aproximado para o cálculo de deformações em treliças e um método numérico obtido a partir de um programa for-mulado para se usar em MATLAB, o PROAES, com o objetivo de avaliar a sua aderência à realidade;  Otimização dessas estruturas, primeiro de topologia para definir quais os elementos que serão necessários para a composição geométrica da treliça e em seguida uma combinação de otimização dimensional com otimização de forma para definir o valor das áreas de secção transversal de cada um dos elementos e a posição dos nós que os unem. Pretende-se também salientar a importância da carga crítica em estruturas do tipo tre-liça, nos elementos sujeitos a esforços normais de compressão, e qual a influência na geometria da estrutura e nas suas dimensões. O programa PROAES torna-se vantajoso face a outros algoritmos de otimização porque tem em conta as derivadas dos constrangimentos em ordem às variáveis consideradas no projeto, o que para além de acelerar o processo de otimização a nível informático, torna-se mais focado na procura de uma solução, na medida em que é um método determinístico e não aleatório, como é o caso, por exemplo, do método dos algoritmos genéticos.

Modelação numérica da reflexão e do espraiamento em praias e em estruturas marítimas

As preocupações de projetistas na conceção de estruturas marítimas utilizando modelos numéricos como ferramentas de dimensionamento, prendem-se com a sua fiabilidade, tempo de processamento e precisão. Assim, a calibração e validação de modelos numéricos é essencial para os tornar ferramentas úteis para o projeto de obras marítimas. A presente dissertação tem como objetivo a calibração e validação do modelo numérico AMAZON, baseado na teoria da onda em condições de águas pouco profundas, para dois casos de estudo distintos com base em dados de ensaios realizados anteriormente. O primeiro caso consiste no estudo do espraiamento numa praia barra-fossa cujas condições de batimetria, nível da água e condições de agitação marítima inseridas no AMAZON correspondem às de ensaios em modelo físico realizados à escala 1:5 na Universidade Politécnica da Catalunha, Barcelona. Como o modelo utiliza parâmetros que devem ser calibrados, na sua aplicação e exploração realizou-se um estudo de sensibilidade a esses parâmetros. Com base nos resultados do AMAZON, utilizaram-se programas desenvolvidos em MatLab para o cálculo do espraiamento e do coeficiente de reflexão e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Verificou-se que os resultados do AMAZON são bastante próximos dos valores obtidos pelos ensaios. O segundo caso consiste no estudo de uma estrutura conversora de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante - OWC-WEC (Oscillating Water Column - Wave Energy Converter), para a qual o modelo AMAZON nunca tinha sido utilizado. Os dados introduzidos no modelo relativos ao perfil da estrutura, nível da água e condições de agitação correspondem aos dos ensaios realizados à escala 1:35 no LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil). Realizou-se um estudo de sensibilidade dos parâmetros do modelo no que respeita à elevação da superfície livre junto e no interior da câmara de água, ao fator de amplificação e ao desfasamento, e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Os resultados do AMAZON constituem um incentivo para a realização e/ou análise de ensaios para diferentes profundidades, aberturas da parede vertical da câmara de água e períodos de onda incidente, que permitam calibração e validação adicionais dos parâmetros do modelo.

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.

Teoria básica das estruturas conceptuais

As Estruturas Conceptuais são um formalismo de representação de conhecimentos baseado em grafos, os chamados grafos conceptuais. A teoria foi inicialmente desenvolvida por John Sowa há dez anos. desde então, uma comunidade científica cada vez mais ampla tem-na utilizado em muitas áreas de aplicação e propôs várias alterações à teoria original. Também está em desenvolvimento uma implementação estado-da-arte gratuita e, além disso, os grafos conceptuais foram adoptados num padrão ANSI em preparação. Apesar desta actividade não existe de facto uma definição formal, completa, consistente e revista da Teoria das Estruturas Conceptuais. Esta dissertação vem contribuir para essa definição ao estender, refinar e clarificar as noções básicas da teoria. A clarificação dos grafos conceptuais em * grafos sintacticamente correctos, * grafos bem tipados, * grafos ontologicamente correctos, chamados grafos canónicos, * e grafos verdadeiros é a base da clarificação do significado das várias noções e serve de guia às extensões e aos refinamentos introduzidos. As principais extensões foram feitas no sistema de tipos e no esquema de dependências entre vértices de grafos, e o refinamento de quase todos os aspectos da teoria - em particular das regras de formação de grafos canónicos e de regras de inferência para os grafos verdadeiros - inclui o tratamento formal de algumas propostas informais de outros autores.

Arrábida e Sintra

A Cadeia da Arrábida é a estrutura morfotectónica orogénica, constituída por empilhamentos de cavalgamentos, mais ocidental de todo o orógeno alpino da área emersa da placa litosférica Eurásia. Atentando apenas nos relevos orogénicos alpinos da área emersa de Portugal, as suas estruturas e morfologia tornam-na no mais elegante exemplo de tectónica orogénica alpina em Portugal. A Serra de Sintra constitui um relevo associado à intrusão do Complexo Ígneo de Sintra de idade neo-cretácica e ao cavalgamento frontal de idade cenozóica, com vergência para Norte que se estende desde as proximidades do rio Tejo, passando pela base da vertente norte da Serra de Sintra, continuando mar adentro. Olhando para a continuação imersa da Margem Continental Portuguesa vê-se que estes relevos não estão isolados, mas antes fazem parte dum grupo de três outras estruturas compressivas que acomodaram o encurtamento orogénico resultante da colisão África-Eurásia ocidentais no segmento sudoeste ibérico, o Banco do Gorringe, os Montes de Avis e o Planalto de Marquês de Pombal. Todas estas estruturas se constituem como estruturas anticlinais, mais ou menos simples, a tecto dum cavalgamento com transporte para noroeste ou oeste-noroeste. Na face meridional de Portugal, mais próxima do limite de placas, as estruturas de deformação compressiva resultantes da orogenia alpina encontram-se representadas na Bacia do Algarve e, mais a sul, pelo Banco do Guadalquivir. Todas estas estruturas se formaram no âmbito da orogenia alpina, consequência dum contexto cinemático de aproximação das placas litosféricas Eurásia e África, cujas manifestações morfotectónicas e sedimentares se começaram a manifestar no Cretácico Superior após o Cenomaniano. A distribuição espacio-temporal da deformação orogénica no segmento mais ocidental do orógeno é heterogénea e extremamente complexa. Por exemplo, em Portugal – segmento autóctone do orógeno alpino - as principais estruturas compressivas alpinas mais antigas datam do Cretácico superior e na região de Lisboa-Sintra de idade paleogénica. Contudo as estruturas de maior envergadura morfológica são de idade miocénica (serra da Arrábida, Banco do Gorringe, Montes de Avis) e mesmo de reactivação mais recente (Falha e planalto do Marquês de Pombal, Falha da Ferradura e Banco de Guadalquivir. A mesma heterogeneidade espacio-temporal se verifica em segmentos alóctones como no orógeno Bético-Rifenho, cujo arco orogénico frontal se vem propagando para oeste desde o Cretácico superior, simultaneamente cavalgando para norte e para sul, as margens continentais do sul de Espanha e norte de África. Esta migração orogénica está simultaneamente associada a colapso orogénico e distensão nas áreas internas do orógeno (Mar de Alborán), o que tem constituído um dos paradoxos da deformação orogénica alpina mais desafiantes das últimas décadas e para cuja solução se têm proposto mecanismos de delaminação tectónica da base da litosfera ou retro-rolamento da placa subductada.

Verificação da segurança aos sismos de estruturas portuárias de gravidade

A verificação da segurança aos sismos de estruturas portuárias assume grande relevância no contexto nacional pela conjugação de dois factores: a perigosidade sísmica moderada da faixa costeira e a importância sócio-económica que este tipo de infraestruturas representa para o País. Nesta tese realiza-se uma breve apresentação das várias soluções estruturais correntes em obras portuárias, particularizando-se o comportamento sísmico observado de estruturas de gravidade com infraestrutura em caixotão, para sismos ocorridos nas últimas duas décadas. A apresentação da Metodologia por Avaliação de Desempenho aplicada às estruturas portuárias de gravidade, como forma de verificar a segurança aos sismos, pretende concretizar a aplicação do método no controlo dos danos para a uma determinada acção sísmica e, consequentemente, da minimização dos custos associados à reparação e à inoperacionalidade do porto.

Produção e caracterização de silício policristalino e sua aplicação a TFTS

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia dos Materiais, especialidade Microelectrónica e Optoelectrónica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Métodos computacionais em engenharia mecânica

Este estudo pretende mostrar algumas aplicações dos métodos computacionais na actividade de projecto em Engenharia Mecânica. Apresentam-se problemas concretos de engenharia que foram abordados durante um estágio realizado no CERN – Centre Européen pour la Recherche Nucléaire, e onde foram utilizados: a) o método dos elementos finitos para cálculo de temperaturas e fluxos de calor e a sua influência sobre os deslocamentos, tensões e deformações que ocorrem numa peça; b) o método híbrido dos elementos finitos/volumes finitos para a discretização das equações de Navier-Stokes e a análise do escoamento de fluidos; c) um algoritmo genético para a obtenção da solução óptima de um problema estrutural. O projecto em engenharia é uma actividade cada vez mais complexa, que requer o uso de ferramentas computacionais sofisticadas tais como os programas ANSYS e MATLAB que foram utilizados no estudo. A criação de modelos numéricos e a análise do seu comportamento com estas ferramentas requer simultaneamente um bom conhecimento dos princípios que estão na base do seu desenvolvimento e uma boa perícia na sua manipulação. Com elas é possível obter soluções quando os constrangimentos do projecto são exigentes e análises detalhadas do comportamento estrutural são necessárias. Neste estudo pretende-se também demonstrar que uma combinação inovadora destas ferramentas pode contribuir para obter aplicações úteis para a actividade de projecto em engenharia.

Correlação da tractografia por DTI com imagem funcional em epilepsia

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Estudo de um betão compactado com cilindros aplicado a barragens

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Estruturas e Geotecnia pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa