Modelação e análise não-linear do comportamento dinâmico de um passadiço pedonal

Dissertação para obtencão do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

Influências da performance na música entre 1970 e 90 em Portugal : Jorge Peixinho, Clotilde Rosa, Eduardo Sérgio

Dissertação de Mestrado em Ciências Musicais Área de Especialização em Musicologia Histórica

Caracterização da aderência de varões nervurados sujeitos a ações repetidas e alternadas

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil, especialidade de Estruturas, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia. A presente dissertação foi preparada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, no âmbito do protocolo existente entre a FCT e o LNEC.

Construção e caracterização de um transformador de 562,5 VA com núcleo de ferro amorfo

Nos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia, os transformadores de potência são um dos componentes mais comuns e importantes. Deste modo, o desempenho dos transformadores é fundamental para a eficiência global dos sistemas. Para optimizar a eficiência dos transformadores, a escolha do material ferromagnético a usar para a construção do núcleo, é um factor muito importante. Por exemplo, o uso de um material ferromagnético amorfo no núcleo de um transformador, em vez de aço silício, reduz as perdas magnéticas totais do dispositivo. Outra possível solução para aumentar a eficiência dos sistemas de distribuição de energia, é a instalação de transformadores supercondutores de alta temperatura (SAT), normalmente arrefecidos em azoto líquido a 77 K. Deste modo, um transformador de 562,5 VA com núcleo de ferro amorfo foi projectado e construído e as suas propriedades magnéticas mais importantes foram medidas à temperatura ambiente, e à temperatura criogénica para deste modo contribuir para uma melhoria da eficiência dos transformadores supercondutores. De seguida, foram comparadas com as propriedades magnéticas de um transformador com núcleo de aço silício de grão orientado. As perdas magnéticas totais do material amorfo à temperatura ambiente e criogénica, os parâmetros do esquema equivalente de Steinmetz e a impedância de curto-circuito são apresentadas e discutidas. Foi também caracterizado o comportamento do transformador em carga determinando, por exemplo, o rendimento e a regulação da tensão em função da carga do transformador. Aspectos de construção do transformador são também abordados.

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.

Método dos elementos aplicados na simulação numérica do arrancamento de armaduras

Uma das propriedades do betão armado que foi alvo de maior número de estudos, ao longo dos tempos, é a aderência. Esta é uma das propriedades mais importantes a considerar na construção, pois dela depende o desempenho e estabilidade de uma estrutura. Dada a sua importância, a aderência é a propriedade do betão armado mais estudada ao longo do tempo. A complexidade inerente a esta propriedade torna difícil de compreender e prever o comportamento estrutural. Esta dissertação pretende analisar a capacidade do Método dos Elementos Aplicados em simular o ensaio de arrancamento directo e de reproduzir modos de rotura. Este ensaio, denominado de pull-out test, estuda a aderência entre três materiais: o aço, o betão e o grout. Vários tipos de ligações, com diferentes modos de rotura, são simulados e comparados com um ensaio experimental referido na revisão bibliográfica. Assim, recorrer-se-á ao programa Extreme Loading for Structures, que tem como base o Método dos Elementos Aplicados. Através de uma análise de sensibilidade foi possível calibrar as propriedades dos diferentes elementos e das interfaces entre o betão, aço e grout, de modo a viabilizar o cálculo da força crítica das ligações e reproduzir os modos de rotura observados experimentalmente. Este trabalho pretende dar uma contribuição ao conhecimento no âmbito da simulação numérica, em relação a este tipo de ligações, e ajudar à criação de modelos numéricos fiáveis e eficientes de fácil e rápida execução. Esta dissertação permite concluir que o Método dos Elementos Aplicados, apresenta-se como uma boa solução para o estudo deste tipo de ligações. Os resultados numéricos tiveram uma boa aproximação dos resultados experimentais. Em conformidade com a análise experimental, as ligações com bainha de pré-esforço e comprimento de embebimento a partir de 15 cm são as que melhor desempenho têm ao nível da resistência.

Impactes da presença de água do Estuário do Rio Tejo em ETAR. Caso de estudo - ETAR do Seixal

Em zonas costeiras, é frequente ocorrer infiltrações de águas salinas na rede de drenagem. Tais infiltrações originam efeitos adversos nas estações de tratamento de águas residuais. Problemas no tratamento biológico e na decantação secundária, inibição da digestão anaeróbia e degradação da qualidade do biogás, formação de precipitados na etapa da digestão anaeróbia e na desidratação, dificuldades no espessamento e desidratação de lamas, oxidação dos materiais e dos equipamentos provocada pelos cloretos e a corrosão do betão devido à formação do ácido sulfúrico a partir do sulfídrico são os principais impactes decorrentes do tratamento de águas com elevada salinidade. O presente trabalho, incidiu a sua análise sobre o Interceptor do Seixal, Amora e Arrentela visto considerar-se que estes são focos de intrusão salina e onde a equipa da SIMARSUL crê conseguir tomar as medidas mais efectivas de atenuação do problema actual. Pela análise dos interceptores da Amora, Seixal e Arrentela compreendeu-se que tais infiltrações se deviam essencialmente aos seguintes factores (1) estado de degradação avançado no betão constituinte das caixas de visita, (2) entregas da rede em baixa e (3) ausência ou mau funcionamento da válvula de maré instalada na descarga de emergência. As principais medidas identificadas no plano de acção de modo a minimizar as intrusões salinas são (1) Alteração ou Substituição das válvulas marés, (2) Realização de uma inspecção vídeo com o objectivo de compreender o estado de conservação dos colectores, (3) Investimento para melhoria da infraestrutura de modo a não permitir infiltrações. Todas estas medidas deverão ser devidamente articuladas com a Câmara Municipal do Seixal, para que esta participe na resolução das problemáticas relacionadas com a rede em baixa.

Resistência de ligações em aço sujeitas ao fogo

A utilização de estruturas em aço na indústria da construção civil é cada vez mais frequente, pelos seus benefícios em termos de leveza, resistência e facilidade de fabrico e de montagem. No entanto, na eventualidade de um incêndio, este tipo de estrutura tem um desempenho inferior ao de estruturas em betão armado, o que implica custos adicionais devidos à aplicação de proteção contra o fogo. Sendo as ligações um dos elementos de uma estrutura metálica mais vulneráveis aos efeitos da temperatura, torna-se necessário compreender a forma como o seu comportamento intrínseco se altera à medida que a temperatura aumenta, bem como a sua interação com elementos adjacentes. Neste trabalho, são avaliados fenómenos verificados experimentalmente e em incêndios reais que permitem caracterizar o comportamento dos tipos de ligação em aço mais utilizados. São também abordados métodos propostos na literatura que permitem simular o comportamento de ligações em aço a temperaturas elevadas. Por fim, é feita uma análise das recomendações indicadas nas normas europeias no que diz respeito ao dimensionamento de ligações em aço sujeitas ao fogo, tendo por base as observações experimentais e os estudos numéricos e analíticos apresentados.

Análise de verificações indirectas do EC2 para a deformação de lajes e vigas

O presente trabalho tem como objetivo avaliar os limites de esbelteza preconizados nos regulamentos e normas utilizados em Portugal relativamente ao estado limite de deformação. Serão comparados diretamente para os mesmos vãos, os conceitos de verificação indireta de deformação do Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP) e do Eurocódigo 2: Parte 1–1 (EC2-1-1), para lajes e vigas. Inicialmente será efetuado um estudo académico paramétrico, onde são avaliadas as flechas verticais em serviço para diferentes vãos, condições de apoio e geometria em planta. São comparados inicialmente os valores das flechas para análises lineares, usando as tabelas de Bares e modelos de elementos finitos com o software comercial SAP2000, de maneira a validar o modelo. De seguida são aplicados os métodos simplificativos de cálculo de flechas a longo prazo usando os ábacos do Comité Euro-International du Béton (CEB). Estes valores são depois comparados com as análises fisicamente não lineares em estado fendilhado a longo prazo com o SAP2000. O objetivo principal é portanto estabelecer comparações entre os dois métodos de análise pretendendo-se mostrar que a modelação com elementos finitos conduz a valores de deformações inferiores ao cálculo analítico permitindo uma maior economia no dimensionamento de elementos estruturais. Para finalizar é apresentado um manual de utilizador com o intuito de auxiliar o processo de modelação de elementos estruturais com elementos finitos não lineares utilizando o programa referido.

Avaliação do desempenho hidráulico de agregados reciclados de escórias de aciaria e RCD à água e ao lixiviado de RSU e sua comparação com basalto e calcário

As atuais políticas de gestão de resíduos estão mais focadas na reciclagem e na reutilização dos resíduos do que na sua eliminação em aterros de resíduos. Nos casos em que o resíduo não é perigoso para o ambiente, não existe nenhuma razão para que esse material não seja utilizado em obras de construção e de engenharia civil, desde que garanta um desempenho equivalente, no mínimo, ao dos materiais naturais. De forma a contribuir para a valorização dos resíduos, estudou-se o comportamento hidráulico de um Agregado Siderúrgico Inerte para a Construção (ASIC), proveniente de escórias de aciaria de Forno de Arco Elétrico (FAE), e de um agregado reciclado de betão, proveniente de resíduos de construção e demolição (RCD), à água de abastecimento público e a um lixiviado recolhido num aterro de resíduos sólidos urbanos (RSU). Pretendeu-se avaliar a viabilidade técnica da sua aplicação em estruturas de drenagem de obras geotécnicas e infraestruturas de transporte, em particular na camada de drenagem e recolha dos lixiviados dos aterros de resíduos. Efetuaram-se ensaios de permeabilidade sobre duas frações granulométricas diferentes: areia (0,25-2mm) e “brita” (2-20mm), considerando que no nosso país é habitual aquela camada ser composta por um nível de areia, com 0,2m de espessura, sobre um nível de brita, com 0,3m espessura. Seguindo o procedimento adotado para o estudo dos dois agregados reciclados, também se ensaiaram dois agregados naturais, basalto e calcário, utilizados como materiais de referência.

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.

Determinação de comprimentos de encurvadura de pilares-estaca

O trabalho desenvolvido na presente dissertação tem como principal objetivo a determinação da carga crítica e do respetivo comprimento de encurvadura de pilares-estaca, contemplando diversos casos de estudo. São efetuadas duas abordagens ao problema de forma a poder realizar estudos comparativos das metodologias adotadas. O primeiro tipo de análise é baseado no método de Elementos Finitos; o segundo tipo de análise é efetuado com base no programa de cálculo automático SAP2000, utilizando elementos de barra. Para resolução do problema em questão, comum em pilares de pontes ou viadutos em betão armado, considera-se comportamento elástico do material do pilar e do solo onde este se encontra implantado, admitindo um modelo de fundação de Winkler. Primeiramente, são apresentados os fundamentos teóricos que suportam o tema da dissertação de forma a dar ao leitor um enquadramento de vários aspetos inerentes a fenómenos de instabilidade estrutural. Em seguida, descreve-se a metodologia adotada para análise do problema. Finalmente são apresentados casos de estudo retirados de um projeto realizado num viaduto. Nesses casos, são analisados pilares com geometrias diferenciadas, quer na direção longitudinal quer na direção transversal.

Caracterização de blocos de terra para construção de alvenarias ecoeficientes

A terra foi utilizada como material de construção desde os primórdios das civilizações, tendo caído em desuso em alguns países mais desenvolvidos durante o século XX, com o aparecimento do betão. Nesse período de tempo no mundo Ocidental perdeu-se alguma passagem de saber entre gerações, saber esse que já vinha sendo transmitido desde há muito. No entanto, a partir dos anos 80 do século XX, e particularmente no século XXI, uma renovada atenção tem sido dada à terra como material de construção. A crescente procura de conhecimento cientificamente fundamentado acerca da construção em terra justifica-se devido à eco-eficiência que confere, nomeadamente através de baixos consumos energéticos inerentes à extracção, preparação, transporte e aplicação na construção, e ao bom comportamento higrotérmico e acústico resultante. Assim, tem surgido a necessidade de caracterizar as construções com terra com vista a poder intervir de forma correcta nas existentes e poder optimizar novas construções. Nesta dissertação pretende-se contribuir para a caracterização do comportamento de blocos de terra para a execução de alvenarias. Os blocos em análise resultam de três tipos diferentes de fabrico: blocos de terra comprimidos (BTC), blocos de terra moldados (adobes) e blocos de terra cozidos (tijolo maciço). Para a caracterização foram estabelecidos procedimentos de ensaio, em vários casos não definidos na bibliografia existente, e foram avaliados parâmetros mecânicos, físicos e de durabilidade para caracterizar os blocos em análise. Além dos ensaios realizados aos blocos alvo de estudo, de que são exemplo as resistências à compressão e flexão, a resistência à abrasão, a absorção de água por capilaridade, entre outros, na extensa campanha experimental realizada, foram ainda caracterizados os solos utilizados no fabrico dos blocos e possíveis argamassas de assentamento. Um dos tipos de blocos estudado no presente trabalho, foi aplicado na construção de uma estrutura em Montemor-o-Novo, a que foi denominada Abancódomo, tendo-se descrito a solução construtiva e apresentadas anomalias detectadas após um certo período de tempo. Como foram estudados vários tipos de blocos com características muito diferentes, náo é possível fazer uma comparação directa entre eles Em qualquer comparação entre as propriedades dos blocos, deve ter-se sempre bem presente qual a diferença de fabrico dos mesmos. Analisando os resultados obtidos considera-se que os blocos de terra comprimida, apesar de apresentarem valores de resistência inferiores aos dos blocos cozidos, possam ter características satisfatórias, tendo em conta que não carecem de cozedura, e consequente consumo energético, para a sua produção.

Novo sistema de armaduras de punçoamento

Esta dissertação apresenta os resultados de um conjunto de ensaios sobre lajes fungiformes, armadas com um novo sistema de armaduras de punçoamento. Adicionalmente, também foram testadas lajes fungiformes com um novo sistema de armaduras horizontais. O sistema de armaduras de punçoamento consiste em estribos de ramos verticais produzidos a partir de malhas de varões eletrossoldados, ancorados na armadura longitudinal superior por um varão transversal eletrossoldado. As vantagens deste sistema são a simplicidade, a rapidez de instalação e o baixo custo. O sistema de armaduras horizontais é formado por um conjunto de malhas de varões eletrossoldados sobrepostas em camadas. Foram ensaiadas cinco lajes quadradas, com dimensões em planta de 1650 x 1650 mm e 150 mm de espessura. Os resultados experimentais mostraram que a capacidade resistente das lajes armadas com armaduras específicas pode aumentar até 72%, quando comparadas com lajes sem armaduras de punçoamento. Quanto à capacidade de rotação da laje, o aumento foi ainda mais significativo. A capacidade de deformação da laje com maior quantidade de armaduras de punçoamento aumentou três vezes, quando comparada com a laje de referência. No respeitante às armaduras horizontais, os resultados obtidos demonstram que este sistema pode contribuir para o aumento da capacidade resistente pós-colapso da laje. Os resultados experimentais foram comparados com as estimativas segundo algumas normas de dimensionamento atuais e a Critical Shear Crack Theory. Em lajes com grande quantidade de armaduras de punçoamento o EC2 pode sobrestimar a resistência ao punçoamento quando a rotura ocorre por esmagamento do betão junto do pilar, ou quando a rotura ocorre pelo exterior da zona com armaduras de punçoamento. Os resultados mostraram que o MC2010 subestima significativamente a resistência ao punçoamento com rotura no interior da zona com armaduras de punçoamento.