Soluções de reabilitação e reforço com GFRP: aplicações na Região Autónoma da Madeira

Este trabalho consiste na apresentação de técnicas de reabilitação e reforço e a sua adaptação ao GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer). O foco incidiu sobre as estruturas degradadas pela corrosão das armaduras, e apresenta-se uma vasta gama de técnicas de intervenção. Encamisamento, proteção eletroquímica, adição de armaduras são as técnicas mais desenvolvidas ao longo do trabalho. São ainda abordados os tipos de produtos de recobrimento, as técnicas de aplicação do recobrimento, bem como as ferramentas com maior utilidade para a reabilitação e reforço. De seguida faz-se um breve resumo das características e potencialidades do material GFRP, aborda-se alguns dos principais fornecedores, fazendo uma descrição dos produtos comercializados por estes, e ainda uma análise de preços por metro linear de varão GFRP. Por fim apresenta-se um levantamento fotográfico realizado na Região Autónoma da Madeira, de estruturas que apresentem sinais claros de corrosão das armaduras, com o objetivo de perceber a aplicabilidade dos varões de GFRP na reabilitação das mesmas. Apresenta-se ainda, uma possível técnica de reabilitação/reforço para todos os casos apresentados, utilizando os varões de GFRP. O levantamento fotográfico tem ainda o objetivo de perceber as principais causas de deterioração de estruturas na região, e de criar uma base de estruturas a necessitar de intervenção urgente.

Reforço de pilares por confinamento com mantas de fibras de carbono: avaliação de modelos de comportamento

A presente dissertação incide sobre o estudo dos efeitos do confinamento com materiais compósitos de polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) em pilares de estruturas de betão armado. A motivação para este estudo surge da necessidade de aprofundar conhecimentos acerca do comportamento dos pilares de betão reforçados por confinamento com CFRP, uma vez que a sua aplicação apresenta uma crescente importância, por exemplo, para aumento da resistência e da ductilidade de estruturas de betão armado. Fez-se, inicialmente, uma breve revisão das técnicas de reforço convencionais utilizadas em pilares de betão armado, com ênfase no reforço exterior com polímeros reforçados com fibras. A elevada resistência à tração, à corrosão e à fadiga, o baixo peso volúmico, a versatilidade e a diversidade dos sistemas comercializados com CFRP tornam este material muito competitivo para este tipo de aplicação. Na sequência desse estudo, realizou-se uma revisão bibliográfica acerca dos modelos de comportamento que permitem prever o desempenho de pilares de betão confinados com CFRP, sujeitos a esforços de compressão. Como forma de análise desses modelos, desenvolveu-se uma ferramenta numérica em ambiente Mathworks - Matlab R2015a, que permitiu a obtenção e posterior comparação dos diagramas de tensão-extensão descritos pelos modelos desenvolvidos por Manfredi e Realfonzo (2001), Ferreira (2007) e Wei e Wu (2011). Por fim, comparam-se os resultados experimentais de Paula (2003) e de Rocca (2007) com os dos modelos constitutivos referidos anteriormente, analisando-se também a influência de vários fatores na eficácia do confinamento, tais como o boleamento, o número de camadas de CFRP e a geometria da secção transversal. Foram ainda comparados e discutidos resultados relativos ao confinamento parcial de pilares. Os resultados obtidos indicam que os modelos analíticos representam relativamente bem o andamento das curvas do betão confinado para secções circulares, quadradas e retangulares, verificando-se as principais discrepâncias nestas duas últimas tipologias de secção transversal, dada a dificuldade associada à quantificação de parâmetros associados ao seu comportamento (por exemplo, boleamento de arestas). No entanto, verificou-se igualmente que com um adequado boleamento de arestas (e consequente aumento da relação entre o raio de canto e a largura da secção de betão), bem como com um aumento do número de camadas de material compósito, é possível aumentar a tensão resistente e a extensão axial na rotura do betão à compressão.

Sistemas de cofragens racionalizados e especiais para edifícios

Com este trabalho pretende-se dar a conhecer os diferentes sistemas de cofragens, principalmente as cofragens recuperáveis, dando maior ênfase às racionalizadas e às características que estas oferecem ao betão. Abordam-se as características de cada sistema e as vantagens apresentadas pelos mesmos, principalmente quanto à sua montagem, número de peças e rapidez de execução.Para o efeito, realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o estado actual dos diferentes sistemas de cofragens e alguns dos componentes acessórios utilizados para que determinado sistema tenha uma melhor performance. Por fim, realizou-se um estudo sobre uma força fundamental a considerar nas cofragens, a pressão lateral exercida pelo betão fresco. Neste estudo apresentam-se os factores que condicionam a pressão lateral do betão fresco e efectuou-se um levantamento histórico sobre as teorias apresentadas para o cálculo desta força, fazendo uma comparação entre quatro teorias diferentes.

Betões especiais: aplicações em edifícios

Atualmente o betão é o material estrutural mais utilizado a nível mundial no âmbito da construção civil. É composto por água, agregados grossos e finos, com ou sem adjuvantes, cimento e adições. Atendendo ao facto de a sua utilização ter vindo a ser bastante significativa, ao mesmo tempo torna-se uma solução dispendiosa, dada a presença de alguns dos seus constituintes, principalmente o cimento Portland. O aparecimento de novos componentes, capazes de substituírem parte do cimento e de aumentarem as capacidades do betão para responder às expectativas, nomeadamente, as adições e adjuvantes, induziram ao surgimento de betões mais resistentes, duradouros e capazes de responderem melhor às condições que lhes são exigidas em projeto. Neste contexto, desenvolveu-se o presente trabalho, com o objetivo de estudar as soluções em betão com maior viabilidade económica. Ao longo do presente estudo, pretende-se avaliar a possibilidade de recorrer à utilização de betões especiais para a construção de alguns elementos estruturais de edifícios. Nesta perspetiva, numa fase inicial do trabalho, apresenta-se uma breve introdução histórica sobre a evolução do betão, desde a sua descoberta até à atualidade, e, em seguida, discutem-se as vantagens e as desvantagens referentes a cada betão quando aplicado em diferentes elementos estruturais. Posteriormente, é feita uma breve análise, comparação e discussão de resultados referentes aos custos atualmente praticados em Portugal Continental e na Ilha da Madeira relativos a cada tipo de betão. A dissertação termina com a análise dos resultados obtidos.

Estudo e avaliação das componentes térmicas na utilização de energia em edifícios

Este trabalho tem por objectivo desenvolver eimplementar metodologias relacionadas com a temática de térmica de edifícos, no sentido dequantificar e optimizar as perdas e ganhos decalor e os consumos de energia associados aosedifícios. Com base na teoria de transferência de calor e massa, foram construídos programas de cálculo numérico para simular, em regime estacionário (permanente) e não estacionário (transiente), os fluxos de calor e a distribuição das temperaturas em diferentes tipos de paredes comummente encontradas em Portugal e em particular na Região Autónoma da Madeira. Estes resultados permitiram analisar a eficácia dos diversos tipos de paredes estudadas bem como o risco de condensação em algumas dessas situações. Para além deste estudo houve a preocupação de desenvolver uma metodologia de análise económica relacionada com a espessura de isolamento a aplicar. Foram igualmente estudadas algumas medições simples de conservação de energia cuja implementação em edifícios será facilmente ustificada atendendo aos baixos períodos de retorno de investimento geralmente associados a estas medidas. Como resultado deste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta de cálculo cuja aplicaçãovai permitir não só estimar o risco decondensação mas igualmente o campo de temperaturas no interior das paredes ao longo do período de tempo considerado, visando a optimização de soluções de isolamento térmico versus condições de conforto recomendadas.

A energia solar e a utilização racional de energia em edifícios de acordo com os regulamentos em vigor

Este projecto toma partido do Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), tendo por base uma obrigatoriedade legal imposta a nível nacional e europeu, que funciona como um “benchmark”. Desta forma contribui-se para uma utilização racional da energia, que passa a ser encarada como uma necessidade fundamental para um futuro economicamente sustentável e mais limpo, tendo em conta que os índices de dependência energética terão que diminuir (sustentabilidade), mas com a preocupação e o cuidado de preservar o conforto térmico. O aquecimento de águas para o consumo doméstico – águas quentes sanitárias (AQS) – é nos dias que correm um bem indispensável e de utilização generalizada para a vida e bem-estar de todos nós. O RCCTE permite avaliar o impacto das necessidades de energia para AQS nas necessidades globais de energia primária, com base em parâmetros (e.g., Esolar) que foram estudados neste trabalho, para demonstrar o real impacte associado à introdução de sistemas solares térmicos. Neste trabalho a contribuição da energia solar térmica foi estudada recorrendo a um programa de cálculo desenvolvido e validado pelo autor (Matlab) e ao programa Solterm, tendo sido analisados dois casos distintos com aplicações de sistemas solares térmicos, e um estudo económico de forma a garantir a viabilidade da implementação destes sistemas.

Estudo e concepção de sistemas de ventilação natural em edifícios de habitação

Pretende-se que este trabalho seja uma contribuição para o reconhecimento da importância da promoção da ventilação em edifícios de habitação, esta que é imprescindível para que haja um ambiente saudável e confortável no espaço interior. Pretende-se também que seja dado a conhecer alguns tipos de sistemas de ventilação que recorrem a processos naturais para o seu funcionamento, garantindo assim a sustentabilidade dos edifícios a nível energético. Nesta dissertação é inicialmente abordada a temática do conforto térmico, com o objectivo de compreender a adaptação e resposta de um indivíduo face às condições térmicas no interior de um edifício de habitação. Seguidamente foram estudados os factores que mais influenciam o processo de Ventilação Natural, ou seja, a acção do vento e a acção térmica (o sol). O passo seguinte foi o estudo do dimensionamento e concepção de sistemas de Ventilação Natural mais usuais (tais como aberturas exteriores, aberturas interiores e chaminés), e o estudo de vários exemplos de sistemas solar passivos e estratégias arquitectónicas que podem ser utilizados. Seguidamente foi estudada a modelação matemática dos processos de Ventilação Natural. Foram ainda estudados dois edifícios construídos na região autónoma da Madeira, mais concretamente na ilha de Porto Santo, estes que foram concebidos para se adaptarem ao clima da região através de algumas estratégias arquitectónicas e através de sistemas solar passivos. Finalmente foi elaborado um pequeno projecto para uma moradia a ser construída na ilha da Madeira. Para esta foram adoptadas algumas estratégias tendo em vista uma adaptação ao clima durante todo o ano, nomeadamente estratégias arquitectónicas e sistemas solar passivos para a promoção da Ventilação Natural.

Patologias na formulação de um betão na ilha da Madeira

Existem diversos métodos de formular a composição de um betão, dos quais, este estudo realça a metodologia aplicada às curvas de referência, nomeadamente a de Faury. No âmbito desta dissertação, o estudo do betão foi focado nas propriedades da resistência à compressão e trabalhabilidade, e nos factores que as influenciam para a obtenção dos resultados pretendidos. A dificuldade deste estudo surgiu na obtenção da trabalhabilidade desejada, derivada do tipo de agregados existentes na empresa e incertezas na quantificação da água de amassadura. Esta foi analisada, com especial destaque, para os parâmetros de absorção e humidade, em que o ensaio normativo da obtenção da capacidade de absorção dos agregados, poderá não ser o mais indicado para quantificar o valor real deste parâmetro. Notou-se que o método de Faury para determinar a água de amassadura, não era o mais indicado, por não ter em conta os parâmetros anteriormente referidos. Foram realizados diversos ensaios de obtenção de parâmetros necessários para efectuar uma formulação acertada. Foram também realizadas diversas amassaduras, com composições distintas, de forma a analisar a sua influência nos resultados. Estes foram analisados através de critérios de conformidade, para classificação do betão em termos de resistência. Foi possível concluir que os resultados da formulação da composição do betão, dependem muito da qualidade dos agregados utilizados, como a sua forma, porosidade e homogeneidade do material pétreo. De acordo com os resultados experimentais, foi concluída a existência de uma insuficiência de finos nas composições criadas para o betão, sugerindo uma curva real granulometria de referência para potencializar a trabalhabilidade para o tipo de agregados utilizados neste estudo.

Potencial solar dos edifícios públicos da RAM

As energias renováveis têm sido cada vez mais a alternativa encontrada para substituir o uso dos combustíveis fósseis na produção de energia. Neste contexto, surge a oportunidade de realizar um estudo sobre o “Potencial Solar dos Edifícios Públicos da RAM” como objeto de trabalho desta tese de Mestrado em Engenharia de Telecomunicações e Redes de Energia (METRE). Pretende-se que este estudo sirva para impulsionar o investimento nesta área por parte dos decisores regionais, dotando-os de um estudo do potencial de produção de energia solar nos edifícios públicos da RAM. Através de estudos desenvolvidos pelo LREC, ERAMAC - Maximização da Penetração das Energias Renováveis e Utilização Racional da Energia nas Ilhas da Macaronésia, e do Joint Research Centre (JRC), contendo dados do Instituto Meteorológico (IM), da Agência Regional da Energia e Ambiente da Região Autónoma da Madeira (AREAM), do LREC e do World Meteorological Organization (WMO), avaliou-se a radiação solar na RAM, através de tabelas e mapas de radiação solar, contendo a radiação solar global diária média mensal e média anual. Posteriormente fez-se uma análise da oferta do mercado atual de painéis fotovoltaicos (PV) em termos de eficiência, distinguindo as várias gerações de tipos de painéis introduzidos no mercado. Foram realizadas várias pesquisas em diversas áreas de energias renováveis e tecnologias existentes para, posteriormente, se realizar uma seleção e introspeção da informação essencial ao tema de forma a definir-se a fase de desenvolvimento desta tese. Com o auxílio da ferramenta computacional Quantum GIS, foram identificados alguns edifícios públicos com a dimensão e exposição solar apropriada para a colocação de sistemas solares nos mesmos. De seguida, foi realizado uma análise do preço pago/recebido por kWh consumido/produzido e cinco casos de estudos, nos quais foram focados os diferentes impactos de várias tecnologias solares nos prédios públicos da RAM, avaliando financeiramente os custos e retorno do investimento na aplicação destas tecnologias em cada caso, através das ferramentas computacionais, SolTerm e RETScreen. Finalmente retirou-se as respetivas conclusões acerca das opções tomadas, por exemplo, na escolha das tecnologias solares a implementar, os seus custos, o retorno do investimento, preços dos painéis fotovoltaicos, entre outros.

Caracterização de revestimentos de edifícios antigos

Como é de conhecimento geral as argamassas de revestimento antigas diferem das argamassas atuais, tanto na sua produção, como nos seus constituintes e até na sua resistência e durabilidade. O presente trabalho surge com o principal intuito de dissertar sobre a caraterização de algumas argamassas de revestimento e de enchimento antigas na Região Autónoma da Madeira. Desta forma foram realizados vários ensaios como a difração de raios X, a análise termogravimétrica, a determinação da percentagem do resíduo insolúvel com ataque àcido e a análise granulométrica, podendo assim ficar-se com uma ideia dos seus minerais, a quantidade de carbonato de cálcio utilizada, a quantidade de material insolúvel no ácido clorídrico e a granulometria (tamanho/dimensões) das areias. A escolha das amostras baseou-se nos critérios de maior longevidade dos edifícios, a não reabilitação destes e a possibilidade da realização do estudo dessas habitações (i.e. acessibilidade física e legal). Quanto aos ensaios efetuados, a opção de os ter utilizado prende-se com as técnicas disponíveis no Laboratório Regional de Engenharia Civil (LREC).

Betão com agregados reciclados: estado da arte e análise à gestão e utilização na Região Autónoma da Madeira

Nas últimas décadas temos assistido a um crescimento da produção de resíduos de construção e demolição. Surge então a necessidade de fazer uma gestão consciente destes resíduos reintroduzindo-os quando possível, no ciclo de vida de novas construções, provocando uma redução quer das zonas de aterro quer da abertura de novas zonas de extração de inertes as quais, provocam um elevado impacto ambiental afetando a biodiversidade existente nessas zonas. Com esta intenção, o presente trabalho centra-se na temática do betão com agregados reciclados e pretende contribuir para o seu conhecimento, analisando as características quer dos agregados reciclados quer do betão com eles confecionado, seguindo normas e diretrizes recomendadas por diferentes especificações um pouco por todo o mundo. Ainda no mesmo contexto o estudo pretende conhecer o destino (eliminação, aterro, valorização, etc.) dado aos RCD procedentes de betão na Região Autónoma da Madeira. A análise da bibliografia existente demonstra perdas nas características destes betões reciclados quando comparados com betões convencionais, isto sem dúvida devido principalmente à quantidade de pasta de cimento aderido presente na composição do agregado reciclado, a qual afeta direta e indiretamente a maioria das propriedades quer do agregado reciclado quer do betão com eles confecionado. Foi recolhida informação que permite caracterizar o sector da construção civil, fazendo o diagnóstico do estado atual da gestão dos resíduos de construção e demolição que é feita pelas empresas de construção sediadas na RAM, mais concretamente a gestão dos resíduos de betão e a reutilização e reciclagem dos mesmos.

Durabilidade do betão: caracterização de amostras de betão recolhidas ao longo de dois túneis da Região Autónoma da Madeira

Na realização deste trabalho pretendeu-se caracterizar amostras de betão recolhidas ao longo de dois túneis da Região Autónomo da Madeira com o objetivo de traçar um perfil de composição e relacionar com a durabilidade. Para tal foram recolhidas amostras em dois túneis, o Túnel da Cruz Vermelha e o Túnel da Encumeada. De modo a caracterizar o betão foram realizados ensaios de carbonatação, determinação do teor de cloretos em profundidade em laboratório, termogravimétrica, análise macroestrutural e de difração raios X. Realizou-se uma previsão de quando é que as armaduras poderão deixar de estar passivadas devido a carbonatação (período de iniciação) e quando é que os túneis deverão ser alvos de reparações devido a corrosão (período de propagação). Tentou-se verificar a influência da carbonatação em altura no Túnel da Cruz Vermelha. Demonstrou-se que a fissuração é uma zona de fácil acesso para as substâncias agressivas penetrarem para o interior do betão, nomeadamente o dióxido de carbono relacionado com a carbonatação. Demonstrou-se também que é possível determinar a profundidade carbonatação através da difração de raios X. Verificou-se que o método (difração de Raio X) usado para determinar a composição do betão de ambos os túneis é viável. Constatou-se que praticamente todas as carotes apresentam pontos com valores de cloretos superiores aos permitidos pela norma atualmente em vigor (NP EN 206-1: 2007). Uma das possíveis razões para esses valores é o facto de na RAM, a areia utilizada no fabrico do betão ser de origem marítima. Em termos da profundidade de carbonatação verificou-se que praticamente em todas as amostras, o valor determinado ainda não tinha alcançado as armaduras e deste modo encontravam-se passivadas, com exceção a carote nº10 (Túnel Encumeada) em que a carbonatação já tinha ultrapassado o valor do recobrimento e a armadura já apresentava sinais de corrosão.

Avaliação económica de soluções de fachadas ventiladas para edifícios de habitação

A indústria da construção tem um papel de destaque na vida quotidiana do ser humano e por sua vez uma grande importância no desenvolvimento da atividade económica do país. A construção de novos edifícios e infraestruturas deve contribuir para uma melhoria do desempenho, durabilidade e proporcionar qualidade de vida dos seus cidadãos. O reconhecimento da importância das fachadas para o comportamento dos edifícios tem conduzido a uma crescente atenção à temática da durabilidade do ponto de vista económico, assistindo-se cada vez a uma maior necessidade da sua integração na fase da elaboração do projeto. O recurso a metodologias económicas para a previsão dos custos de vida útil das tecnologias de construção no sentido de avaliar, o seu desempenho nos edifícios, tem permitido selecionar alternativas ao nível da implementação de soluções com menor custo de manutenção e maior probabilidade de reutilização e reciclagem numa fase de desconstrução. A presente dissertação pretende contribuir para a identificação e seleção de soluções construtivas e materiais para a execução de fachadas ventiladas em paredes exteriores de edifícios, que sejam o mais compatíveis possível com os objetivos económicos nas diversas fases do ciclo de vida de um edifício. Sendo apresentadas soluções que minimizam o custo económico de investimento, manutenção e desconstrução, e que por sua vez, aumentam a qualidade de vida dos utilizadores através do melhor desempenho que essas soluções construtivas apresentam a nível funcional, arquitetónico, saúde, bemestar, conforto e responsabilidade social. Foram analisadas diversas tecnologias construtivas para fachadas-ventilada, tendo sido avaliado o seu impacte económico ao longo do ciclo de vida a que um edifício esta sujeito. O melhor cenário para fachada ventilada foi estudado, tendo em conta o desempenho económico. Espera-se assim que este trabalho contribua de forma positiva para a seleção das soluções construtivas mais económicas para a execução de fachadas ventiladas por parte dos projetistas que tenham como objetivo proporcionar as condições de conforto adequadas aos ocupantes dos edifícios, minimizando os custos económicos no decorrer do ciclo de vida do edifício.

Dimensionamento de betões autocompactáveis coloridos com agregados britados vulcânicos

A incorporação de pigmentos na composição do betão é uma técnica aplicada como alternativa arquitetónica à pintura ou colocação de revestimentos em edifícios. Tratando-se de um betão à vista importa considerar cuidados adicionais na sua aplicação para assegurar a homogeneidade e qualidade do acabamento superficial. Utilizando betões autocompactáveis, não só a homogeneidade do material é aumentada devido à eliminação da compactação, como também o acabamento superficial é melhorado devido à maior capacidade de preenchimento dos moldes que estes betões apresentam. Neste trabalho dimensionam-se cinco composições de betão autocompactável colorido utilizando agregados britados vulcânicos correntemente utilizados no fabrico de betão na Região Autónoma da Madeira. Para o dimensionamento dos betões, realizaram-se vários estudos em pastas, de seguida em argamassas e finalmente em betões. Com o estudo das pastas obtiveram-se as primeiras informações sobre o efeito da introdução de pigmentos. Depois estudaram-se argamassas que continham o mesmo volume de areia relativo mas incorporando pastas com diferentes cores. Identificaram-se as pastas que conduziam a argamassas com propriedades reológicas semelhantes às da argamassa da composição considerada como referência. Nos betões começou-se por produzir uma composição de betão autocompactável de referência que foi caracterizada em termos de autocompactabilidade pelos ensaios de espalhamento, caixa L, funil V e segregação. Finalmente, realizaram-se composições de betões coloridos cujos conteúdos em agregados e finos eram os mesmos que os da composição de referência mas substituindo parcialmente o volume de água por igual volume de pigmentos. Os resultados mostraram que a incorporação de pigmentos conduz a uma ligeira perda de trabalhabilidade, sendo essa perda de trabalhabilidade facilmente compensada com um aumento da dosagem de superplastificante, cujo volume adicionado é substituído pela remoção de igual volume de água.

Painéis compósitos de betão leve: comportamento estrutural

Os sucessivos avanços tecnológicos permitem a criação de novos materiais de construção com características otimizadas ao uso que lhes é designado. Nesta categoria enquadram-se os materiais compósitos e mais concretamente os painéis compósitos de betão aligeirado de EPS com revestimento superficial de placas Megapan® estudados neste documento. Neste documento faz-se uma abordagem aos conceitos de material compósito e uma breve análise histórica do seu uso. Descreve-se também sucintamente as características gerais dos painéis em estudo e exemplifica-se algumas aplicações do material até à presente data. São analisados testes de resistência efetuados ao material estudado e efetua-se a caracterização mecânica do mesmo. Verifica-se neste estudo que os painéis de betão aligeirado de EPS com revestimento superficial de placas Megapan® possuem resistências mecânicas que permitem a sua utilização como parte integrante de um sistema estrutural. Sugere-se uma solução construtiva para uma estrutura que utilize os painéis estudados como elemento estrutural e os respetivos pormenores construtivos. É também sugerida uma metodologia de cálculo para dimensionar a estrutura analisada.