Análise de estruturas de edifícios sujeitas a ações acidentais

As ações acidentais em estruturas, tais como o impacto de veículos, explosões de gás, ataques terroristas, etc., podem provocar o colapso progressivo dos edifícios e a perda de um número elevado de vidas humanas. A conceção das estruturas deve garantir que estas possuam um elevado grau de robustez para evitar fenómenos de colapso progressivo. O objetivo desta dissertação é descrever o estado da arte no que respeita a edifícios submetidos ao colapso progressivo. Ainda no âmbito deste tema, pretende fazer-se uma abordagem às medidas tomadas em matéria de legislação para prevenir este efeito. Por fim, demonstra-se o dimensionamento de um edifício, através de vários modelos baseados na análise estática linear e não-linear, sujeito a uma ação acidental e apresenta-se um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste exercício.

Modelação não linear de estruturas metálicas e mistas em situação de incêndio no software OpenSees

Os incêndios em edifícios representam um fenómeno que pode ter consequências devastadoras quando não controlado, não só em termos de perdas de vidas humanas, como em termos económicos. No passado, a ocorrência de incêndios de grandes dimensões mostrou os efeitos do fogo descontrolado nos edifícios, assim como a ineficiência dos meios de segurança ativa ao fogo. Nas últimas duas décadas, estas questões motivaram o estudo e compreensão da ação dos incêndios nas estruturas dos edifícios. Neste trabalho estuda-se a modelação da ação do fogo em estruturas metálicas e mistas, com o objetivo de contribuir para a sua melhor caracterização. A presente tese foca-se na validação e compreensão da implementação de análises termo-mecânicas a estruturas mistas no software de elementos finitos OpenSees (Open System for Earthquake Engineering Simulation), contribuindo assim para futuros estudos, não só de análises de estruturas mistas sujeitas a incêndio, mas também de análises de estruturas mistas sujeitas a eventos consecutivos, como sismo seguido de incêndio. Neste trabalho é feita uma breve descrição do fenómeno fogo, assim como dos processos inerentes à dinâmica de um incêndio que constituem uma fonte de incerteza para a modelação de cenários de incêndio num edifício. Posto isto, são abordados alguns modelos de incêndios presentes nos Eurocódigos, assim como o recente modelo de fogos móveis(“Travelling fires”). São realizados exemplos de aplicação no software e dois casos de estudo. O primeiro consiste na modelação de dois ensaios ao fogo realizados na Alemanha em 1986 em estruturas metálicas à escala 1/4. O segundo consiste na modelação de um ensaio ao fogo a uma viga de betão armado simplesmente apoiada, realizado no Instituto Superior Técnico em 2010. Os modelos numéricos desenvolvidos no OpenSees contabilizam as não linearidades físicas e geométricas, com elementos finitos de plasticidade distribuída e com uma formulação baseada em deslocamentos. Os resultados numéricos são então comparados com os experimentais, de modo a validar as análises termo-mecânicas no OpenSees.

Modelos para cálculo de ligações pilarviga com chapa de extremidade em estruturas de aço

Neste trabalho, são apresentados e discutidos os procedimentos prescritos no Eurocódigo 3, Parte 1-8, para cálculo e dimensionamento de ligações pilar-viga com chapa de extremidade, em estruturas de aço. Em particular, é analisado o método das componentes, que permite determinar a resistência e rigidez rotacional de juntas metálicas, possibilitando a utilização de ligações semi-rígidas, que frequentemente resultam em ligações mais económicas. A metodologia descrita é aplicada em dois exemplos numéricos, tendo-se comparado os valores calculados com os resultados obtidos através de um programa de cálculo automático (Powerconnect) que também se baseia no método das componentes. As análises efetuadas permitem constatar que existem algumas vertentes do programa que podem ser melhoradas. Recorreu-se ainda a um programa de cálculo automático comercial (Sap2000) para comparar os esforços atuantes numa estrutura metálica com ligações rígidas e semi-rígidas, tendo-se concluído que existem diferenças significativas entre as distribuições de esforços obtidas para as duas situações.

Vigas de aço alveoladas: análise e dimensionamento estrutural

As vigas de aço alveoladas podem ser fabricadas a partir de perfis laminados a quente e possuem vantagens como: maior rigidez a flexão, possibilidade de passagem de dutos de instalações pelas aberturas, maior penetração de luz natural e bom aspeto estético. Devido à presença de aberturas na alma da viga, podem ocorrer diversos modos de colapso, que dependem da geometria da viga, das dimensões das aberturas, do tipo de carregamento e das condições de fronteira. A sua geometria flexível permite diversas configurações, sendo desejável que o projeto conduza a soluções eficientes e económicas. Para tal, o conhecimento do comportamento estrutural destas vigas é de fundamental importância. Neste trabalho, abordam-se diversos aspetos específicos deste tipo de vigas e discutem-se as correspondentes metodologias de dimensionamento.

Os caes do sítio da Boavista no século XVIII: estudo arqueológico de estruturas portuárias

A presente dissertação tem como principal objectivo a compreensão da dinâmica portuária da Ribeira de Lisboa em época moderna. Procura contribuir para a reconstrução da frente ribeirinha anterior ao terramoto de 1755, pouco conhecida a nível histórico e arqueológico. Será baseada no estudo arqueológico de duas estruturas portuárias exumadas no sítio da Boavista, antiga freguesia de S. Paulo. O seu cruzamento com dados historiográficos, documentação histórica e iconografia pode proporcionar uma interpretação mais precisa destes locais de embarque e desembarque na Ribeira de Lisboa. Outro objectivo da dissertação é a pesquisa e caracterização da forma, da funcionalidade e, se possível, o conhecimento da toponímia das estruturas portuárias em análise, em articulação com os edifícios existentes na orla ribeirinha. Estudos como estes são escassos em Portugal e permitem compreender a dinâmica marítimo-portuária local, neste caso de Lisboa, de uma capital de um reino em expansão marítima.

Optimização robusta de estruturas

A optimização com constrangimentos de fiabilidade (RBDO) procura obter sistemas estruturais seguros e optimizados, considerando a variabilidade dos parâmetros relacionados com propriedades do material, cargas aplicadas e geometria. A optimização robusta (RDO) tenta encontrar esses sistemas que, para além disso, apresentam menor variabilidade da resposta estrutural. O objectivo desta dissertação é estudar problemas de RBDO e de RDO, aplicando novas formulações para estes últimos. Também se pretende criar uma plataforma básica para ser usada e desenvolvida por estudantes de engenharia estrutural e por investigadores, a fim de promover a aplicação destas técnicas de optimização. Esta plataforma é constituída por um conjunto de programas, escritos em MATLAB, capazes de resolver estes dois tipos de problemas. É composta por, um programa de análise estrutural capaz de calcular sensibilidades utilizando o método contínuo, um programa de análise de fiabilidade que utiliza o método FORM e um algoritmo de optimização (SQP) que está implementado na optimtool do MATLAB. A eficiência do sistema proposto é demonstrada através da resolução de problemas RBDO e RDO; para isso são apresentados quatro exemplos onde são utilizadas todas as funcionalidades dos programas desenvolvidos

Modelação e resposta dinâmica de vias ferroviárias balastradas. Comportamento a longo prazo

A programação e execução de atividades de manutenção nas vias ferroviárias requerem que antecipadamente sejam realizadas inspeções à via, verificando-se através de equipamentos específicos a conformidade dos parâmetros da via com as normas regulamentares. Assim, quando as inspeções o indicam, as entidades gestoras devem programar e realizar as ações de manutenção necessárias de modo a restabelecer a qualidade da via. Baseado em dados obtidos pelo veículo de inspeção de via, utilizado na rede ferroviária nacional, o trabalho desenvolvido na presente dissertação tem como objetivo, com recurso a modelação numérica, prever problemas de comportamento a longo prazo do balastro e do solo de fundação, identificando quando serão necessárias operações de manutenção. De acordo com as estruturas de via balastrada mais usuais em Portugal e os aspetos geotécnicos relacionados com a sua subestrutura, pretendeu-se desenvolver um estudo para melhor entender o seu comportamento a longo prazo, com recurso ao programa D-Track, e contribuir para uma eficaz previsão e preparação dos trabalhos de manutenção da via. Foram modelados numericamente três casos distintos de vias ferroviárias, considerando os aspetos estruturais relevantes. É tida em conta a passagem de vários comboios de acordo com o tipo de tráfego estimado e posteriormente é feita a análise dos resultados de saída, tais como, assentamentos do carril e balastro, forças de interação veículo/balastro. Os principais temas abordados são: os constituintes da via ferroviária balastrada, o que leva à sua degradação, análise de dados obtidos em inspeções de via pela EM120, modelação numérica dos casos estudo, análise de resultados e principais conclusões.

Simulação de estruturas meandriformes por objectos e estatísticas multiponto e avaliação da porosidade – aplicação a reservatórios siliciclásticos

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia destinada a simular a morfologia e a porosidade de canais de areia em reservatórios fluviais. Como informação de partida utilizam-se um ou vários canais de areia de treino, em estrutura vectorial, que sejam representativos do reservatório, e leis de distribuição das dimensões largura e profundidade dos canais. Para a simulação da morfologia dos canais de areia, são calculados os ângulos azimutais de todos os segmentos de recta das linhas poligonais que constituem os canais de treino, a que se segue a codificação em classes de azimute e a determinação de estatísticas multiponto destas classes. Seguidamente, faz-se a simulação estocástica dos novos canais no volume do reservatório, ou seja, são geradas novas linhas poligonais condicionadas às estatísticas multiponto, a que se associam as dimensões largura e profundidade. Este algoritmo multiponto é muito eficiente, porque é a 1D, e contorna a problemática da variável azimute ser do tipo circular. A avaliação da porosidade é feita em simultâneo na conversão do modelo vectorial da morfologia dos canais de areia para o modelo matricial da malha de blocos do reservatório. Para cada bloco reservatório é contabilizada a proporção de não canal / canal e das fácies conforme um modelo conceptual de zonamento na secção do canal. A estimativa da porosidade média de cada bloco do reservatório é obtida pela soma do produto da proporção de cada fácies pela respectiva porosidade de referência. Para ilustrar as potencialidades da metodologia proposta apresenta-se um caso de estudo com dados sintéticos. De acordo com critérios geológicos e estratigráficos, consideraram-se quatro fácies na secção do canal que são discriminadas lateralmente e em profundidade por valores de referência de porosidade. O algoritmo de simulação morfológica capturou adequadamente a morfologia das imagens de treino e gerou várias imagens equiprováveis que depois foram convertidas em porosidade.

Serviços de informações portugueses. Estruturas, missões e recursos

As Informações são um instrumento essencial para a salvaguarda da segurança nacional dos Estados e no apoio ao processo de tomada de decisão dos agentes governativos. Em Portugal, o regime democrático vigente não é excepção, tendo a partir de 1984 sido instituído o SIRP – Sistema de Informações da República Portuguesa – volvidos apenas dez anos sobre o 25 de Abril de 1974 e a experiência opressiva da PIDE/DGS. No meio académico, poucos estudos têm sido publicados neste campo, tornando difícil o seu conhecimento aprofundado. A presente tese visa suprir algumas lacunas e proporcionar um contributo científico para uma melhor compreensão das Informações no actual regime democrático, propondo-se a analisar estruturas, recursos e missões dos serviços portugueses. Procede-se primeiramente ao estudo do percurso histórico do SIRP, para constatar o seu lento processo de consolidação institucional na orla do Estado, fruto das sucessivas alterações orgânicas. A impopularidade das Informações junto da classe política e da sociedade civil é identificada nesse processo, verificando-se que o seu enquadramento legal é prudente, restritivo e orientado pelo primado dos direitos, liberdades e garantias em detrimento das necessidades de carácter funcional. A segunda parte da dissertação efectua uma análise de carácter empírico-descritivo a algumas dimensões estruturantes dos serviços (chefias, recursos financeiros e missões). Verifica-se que apesar de o SIRP corresponder a uma estrutura de Intelligence de pequena dimensão cujo desenvolvimento não foi fácil, os serviços portugueses desempenham as suas missões com eficiência e reconhecida qualidade, não obstante a desfavorável cultura de Informações que os envolve.

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.

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.

Contributo para o estudo dos efeitos da passagem à situação (e idade) de reforma na frequência das principais doenças crónicas em Portugal

RESUMO - Introdução: A transição para a reforma é um acontecimento que pode acarretar alterações suscetíveis de afetar o estado de saúde. Vários estudos têm investigado os efeitos da reforma no estado de saúde, embora poucos o tenham investigado, especificamente, nas doenças crónicas. As recentes políticas de aumento da idade de reforma, assim como a ausência de consenso sobre os efeitos da reforma na saúde, atribuem-lhe ainda maior importância. Constituem objetivos do presente estudo quantificar a associação entre a Passagem à situação de reforma (e idade de reforma) e a frequência de cada uma das principais doenças crónicas, no sentido dos efeitos da reforma nestes indicadores de saúde (doença respiratória crónica, diabetes, doença cardiovascular, AVC, depressão e cancro). Material e Métodos: Desenvolveu-se um estudo transversal, no qual foram analisados os dados provenientes das amostras representativas da população portuguesa SHARE 2011 e ECOS 2013. As associações foram quantificadas através do cálculo do Odds ratio por Regressão Logística Binária com avaliação do confundimento e modificação de efeito. As variáveis de doença crónica foram medidas por auto-reporte. Foram considerados os reformados que se encontrassem em processo de reforma (ou seja, reformados há 5 anos ou menos) e que não se tivessem reformado por doença. Resultados: A reforma não se encontrou significativamente associada a nenhuma das doenças crónicas consideradas, excetuando-se: i) o cancro (na amostra ECOS), para o qual foi fator protetor; ii) e a doença cardiovascular (na amostra SHARE), para a qual teve um efeito prejudicial, mas apenas em não hipertensos. A reforma em idade antecipada pareceu encontrar-se associada a um pior estado de saúde, relativamente à reforma em idade legal (ou após). Tal observou-se no Cancro (nas amostras ECOS e SHARE), na Diabetes (na amostra SHARE), e no AVC em pessoas sem Doença Cardiovascular (na amostra SHARE). Pelo contrário, em pessoas com Doença Cardiovascular a reforma antecipada pareceu constituir um fator protetor. Discussão e conclusões: As diferenças observadas nos resultados entre amostras poderão, entre outros, atribuir-se às diferentes populações em estudo, dimensões amostrais e desenhos de amostragem. Os resultados obtidos não são muito diferentes dos que têm sido descritos na bibliografia, ainda que haja um número reduzido de estudos sobre esta matéria. Indicam que, eventualmente, as recentes alterações de aumento da idade de reforma poderão expandir o grupo de pessoas que se reformam antecipadamente, podendo resultar, eventualmente, num aumento da prevalência de doenças crónicas na população portuguesa. Os mecanismos através dos quais a reforma poderá influenciar a ocorrência de doenças crónicas permanecem por explicar, embora os seus principais fatores de risco pareçam representar importantes modificadores de efeito.