Modelação tridimensional de estruturas sujeitas a sismos utilizando o OpenSees

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Encurvadura lateral em vigas de alumínio

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Análise e verificação da segurança de pórticos de aço segundo o Eurocódigo 3

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil Estruturas

Produção de compósitos Alumínio/NiTi através do processo híbrido de fricção linear

Os compósitos inteligentes de matriz metálica (CIMM) têm sido intensamente explorados nas últimas décadas devido à capacidade destes sistemas poderem alterar as suas propriedades mediante um estímulo externo. As ligas de Níquel-Titânio (Ni-Ti) são materiais inteligentes e desempenham, maioritariamente, funções de atuação ou controlo de vibrações nos sistemas em que se inserem, permitindo que estes apresentem características funcionais. A soldadura por fricção linear (SFL) tem sido uma alternativa aos processos de soldadura por fusão para materiais difíceis de soldar como as ligas de alumínio (AA) ou ainda na ligação de materiais dissimilares. No entanto, devido à ocorrência de defeitos, gerados como consequência do deficiente fluxo visco-plástico produzidos pela SFL, surgiram novas variantes deste processo, como a SFL assistida por corrente elétrica (SFLACE), que, por efeito de Joule, provoca o aquecimento do material processado e, consequente, aumento do fluxo visco-plástico, diminuindo ou eliminando a presença de defeitos. Este trabalho incide na produção de CIMM utilizando chapas de AA1100 reforçadas com Ni-Ti por SFLACE em configuração de junta sobreposta. As interfaces e os fluxos de material resultantes foram analisados recorrendo às técnicas de microscopia ótica (MO), SEM, EDS e difração de raio-x (DRX). O controlo de vibrações do CIMM produzido foi também estudado através de ensaios de vibração à temperatura ambiente, bem como a temperaturas superiores à de fim da formação da fase austenítica, e efetuaram-se ensaios de flexão e pull-out com vista à caracterização mecânica. Observou-se que o compósito produzido apresenta um fator de amortecimento superior quando o reforço se encontra na fase martensítica. O ensaio de pull-out confirmou a existência da ligação entre a matriz e o reforço, igualmente observada por SEM. O compósito produzido apresenta uma forte ligação entre os materiais dissimilares, com franca melhoria no caso das amostras processadas com corrente elétrica, obtendo-se um material com características funcionais.

Encurvadura lateral em vigas de alumínio

A presente dissertação tem como objetivo o estudo do fenómeno de encurvadura lateral em vigas de alumínio com secção em I, simplesmente apoiadas e sujeitas a flexão pura (momento uniforme ao longo da viga). Em particular, estuda-se uma abordagem alternativa à do Eurocódigo 9 (EC9), que consiste em utilizar esbeltezas normalizadas que são função da carga crítica elastoplástica da viga. Para o efeito, é desenvolvido um programa de cálculo automático em MATLAB. A abordagem é aplicada (i) à curva de dimensionamento do EC9, (ii) a resultados numéricos, utilizando um programa de elementos finitos, e (iii) aos resultados experimentais obtidos por Y.Q. Wang, H.X. Yuan, Y.J. Shi e M. Cheng [1]. Mostra-se que se obtém uma significativa dispersão com a curva do EC9 mas, por oposição, uma reduzida dispersão com os resultados numéricos e experimentais. Por fim, mostra-se que os resultados numéricos para esbeltezas reduzidas (elevadas) conduzem a valores da resistência à encurvadura significativamente inferiores (superiores) aos do EC9.

Produção de cimentos ósseos à base de fosfato de cálcio

Os cimentos fosfato de cálcio (CPC) têm vindo a despertar cada vez mais interesse por apresentarem vantagens em relação a outros materiais, tais como o cimento acrílico ou os blocos cerâmicos, usualmente utilizados na reparação óssea. Estes são constituídos por um ou mais fosfato de cálcio, e uma solução líquida, originando uma pasta que endurece rapidamente, e que resulta num material cristalino, biocompatível e osteocondutor. O objectivo deste estudo foi investigar algumas das propriedades de um novo CPC à base de β-Fosfato tricálcico (β-TCP) que se caracteriza por incluir na sua fase líquida, além de um ácido carboxílico, um aditivo polimérico, o hidroxipropilo quitosano (HPCS), cuja síntese foi optimizada por variação dos parâmetros temperatura e duração da reacção. As propriedades mecânicas e de manuseio, assim como o produto final do CPC foram estudados efectuando-se testes de compressão, flexão, tempo de presa, injectabilidade e difracção de raios-X (DRX). Além disto investigou-se o comportamento in vitro e in vivo realizando-se testes de citotoxicidade e implantando-se o CPC no fémur de 8 coelhos durante um período de 4 meses. Verificou-se que o CPC produzido neste trabalho é um cimento de brushite, que endurece em 10 min, conferindo tempo suficiente para a colocação da pasta numa seringa e sua fácil injecção, e que apresenta uma resistência à compressão até 9MPa e flexão até 6MPa, sendo por isso aceitável para aplicações cirúrgicas, em locais não sujeitos a grandes tensões. Por outro lado verificou-se que apesar da sua aparente toxicidade este é bem tolerado in vivo, resultando num material biocompatível.

Avaliação do efeito combinado de temperatura, tempo de repouso e pressão de injecção na eficiência de injecção de grouts

Na maioria dos monumentos e edifícios que constituem os centros históricos e urbanos, não só em Portugal, como também noutras cidades europeias, as paredes são em alvenaria. Actualmente, grande parte destas construções em alvenaria apresenta danos estruturais, pelo que devido ao seu valor patrimonial, cultural e arquitectónico, devem ser alvo de especial atenção para sua conservação. O presente trabalho incide sobre uma das técnicas que tem sido considerada mais adequada para restabelecer a homogeneidade, uniformidade de tensões e continuidade dos panos de alvenaria antiga: a injecção de grouts (caldas). A injecção de grouts tem dois objectivos principais, sendo o primeiro o preenchimento dos vazios e fendas existentes, no sentido de aumentar a compacidade da alvenaria e,consequentemente, a resistência à flexão, à compressão e ao corte. O segundo objectivo tem por base a criação de ligações entre dois ou mais panos de uma alvenaria, o que é fundamental no caso de ligações defeituosas entre os panos, incrementado o comportamento monolítico da alvenaria. A realização de injecções de grout em edifícios históricos deve ter em conta a compatibilidade com os materiais existentes. Por isso, neste estudo foi escolhido um grout à base de cal hidráulica, devido à maior proximidade física, mecânica e química com os materiais de alvenarias antigas. O grout deve ser concebido de forma a obter o melhor desempenho, quer do ponto de vista da injectabilidade, quer de durabilidade. Torna-se então fundamental adquirir um conhecimento sobre os parâmetros que influenciam as propriedades do grout no que respeita ao momento de injecção, como também da compacidade que adquire após inserido no interior do meio poroso. Neste sentido no presente trabalho abordam-se parâmetros como a temperatura e a pressão a que o grout é injectado, e o tempo (de repouso) desde o momento da preparação do grout até à sua injecção. De forma a aumentar a compacidade e resistência mecânica da alvenaria a ser injectada por grout, procura-se avaliar o efeito da presença de diferentes quantidades de sílica de fumo na composição do grout. Com o intuito de estudar os parâmetros descritos analisaram-se modelos injectados com grout de forma a simular injecções de grout realizadas no pano interior de alvenarias antigas de pedra constituídas por três panos. No sentido de avaliar a qualidade destas injecções de grouts recorreu-se ao ensaio de ultra-sons e à tomografia ultra-sónica. A combinação destas técnicas de análise nãodestrutivas pode ser aplicada de forma bastante útil na detecção da morfologia interna dos modelos criados, fornecendo uma informação quantitativa e qualitativa sobre a sua compacidade e densidade. De forma a conferir a viabilidade do ensaio de ultra-sons e da tomografia ultra-sónica, realizaram-se ensaios mecânicos, nomeadamente, o ensaio de resistência à tracção por compressão diametral e o ensaio de corte, com o intuito de conhecer as resistências mecânicas dos provetes

Vigas de GFRP reforçadas com ligas de memória de forma

Os materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP – Fiber Reinforced Polymer) apresentam grande potencial de aplicações na Engenharia Civil. A sua utilização aumentou consideravelmente nas duas últimas décadas, em virtude das vantagens em relação aos materiais tradicionais, como a leveza, elevada resistência e boas propriedades de isolamento. Todavia, o conhecimento e investigação a cerca destes materiais compósitos é insuficiente, limitando as suas aplicações práticas. A perda das propriedades exibidas por este tipo de materiais, quando sujeitos a temperaturas próximas da temperatura de transição vítrea (

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.

Influência da humidade no comportamento mecânico de compósitos de madeira-plástico

As crescentes questões ambientais têm vindo a impor, entre outras, a necessidade da reciclagem dos desperdícios produzidos por diversos setores (agricultura, indústria e serviços). Nesta ótica têm vindo a surgir um conjunto alargado de produtos compósitos que incluem os compósitos de madeira-plástico (Wood Plastic Composites). Estes compósitos têm vindo a competir com os produtos de madeira em diversos nichos de mercado, sendo o maior deles os revestimentos de piso em ambiente exterior, vulgarmente designados de deckings. Estes compósitos são comercializados salientando as suas vantagens relativamente à madeira maciça, como seja maior durabilidade biológica e menor variabilidade de propriedades mecânicas e físicas. No final do ano 2013 e início de 2014, foram reportadas uma série de anomalias na aplicação de réguas de compósitos madeira-plástico, nomeadamente a diminuição do desempenho físico e mecânico destes materiais, quando sujeitos a períodos prolongados de humidificação. Embora, para a maioria dos casos reportados, estas anomalias se devam a condições deficientes de aplicação, a possibilidade de alteração de características à flexão, quando sujeitos a condições de uma aplicação exterior, ainda não se encontra bem estudada. Na presente dissertação são avaliados e apresentados os efeitos no comportamento à flexão de três tipos diferentes de réguas de compósito madeira-plástico, quando sujeitos a condições de humidade permanente ou cíclica. Para este efeito, foram conduzidos um conjunto de ensaios, nomeadamente, de flexão para determinação da pré-carga, de resistência à humidade e de variação dimensional e de módulo de elasticidade devido à imersão em água e a ambiente húmido. Posteriormente, os resultados obtidos foram sujeitos a uma verificação aos Estados Limite de Serviço. Os resultados revelaram reduzidas variações dimensionais (inchamento) e perdas significativas de módulo de elasticidade, apenas devido à exposição a elevados níveis de humidade, mostrando-se o caso de exposição prolongada a água líquida o mais gravoso. Relativamente aos Estados Limite de Serviço, sobretudo a longo prazo, os resultados mostraram-se bastante gravosos, nomeadamente para o material de menor qualidade.

Avaliação da resistência à fadiga de instrumentos endodônticos sujeitos a polimento electrolítico e a tratamento térmico específico

Esta dissertação teve como principais objectivos determinar a resistência à fadiga de instrumentos endodônticos de Níquel-Titânio sujeitos a polimento electrolítico e tratamento térmicopor autoclave, assim como estudar o comportamento estrutural dos instrumentos, através de análise numérica pelo método dos elementos finitos, quando sujeitos à curvatura em três regiões distintas. Vinte e dois instrumentos Hyflex (Coltene, Switzerland), com dois tamanhos diferentes (.04/20 e .06/20), foram divididos em 3 grupos: Grupo I, 4 instrumentos (dois de cada tamanho) sem qualquer tipo de tratamento térmico ou superficial; Grupo II, 12 instrumentos (seis de cada tamanho) submetidos a polimento electrolítico; Grupo III, 6 instrumentos (três de cada tamanho) submetidos a polimento electrolítico e tratamento térmico por autoclave. Todos os instrumentos foram sujeitos a testes de fadiga por flexão rotativa. Os instrumentos foram polidos, aplicando uma potência de 30 V, durante 3 segundos, a uma taxa de escoamento da solução electrolítica igual a 1. O tratamento térmico em autoclave foi realizado a uma temperatura e pressão de 134ºC e 2,16 bar, respectivamente, durante 30 minutos. O raio e ângulo de curvatura impostos durante os ensaios experimentais foram de 4,7 mm e 45º, respectivamente. A velocidade de rotação utilizada para testar os instrumentos foi de 500 rpm. O tempo até à fractura foi registado e o número de ciclos à fractura foi calculado. Calculou-se a área circular equivalente do instrumento Hyflex .06/20, em 3 regiões diferentes do mesmo (apical, central e coronal), na secção do instrumento correspondente a metade do comprimento do arco imposto pela curvatura do canal. Os valores de extensão teóricos foram calculados com o objectivo de comparar com a distribuição de tensão e extensão obtida pelo método dos elementos finitos. Os valores calculados analiticamente estão coerentes com os valores obtidos pelo método dos elementos finitos. Existe um grande risco de fractura do instrumento durante o tratamento endodôntico de canais radiculares que imponham curvaturas coronais aos instrumentos. Analisando os resultados obtidos experimentalmente, verifica-se que existem diferenças significativas, na duração e no número de ciclos à fadiga, entre os instrumentos polidos e não polidos e entre os instrumentos com e sem tratamento térmico por autoclave. Conclui-se que o polimento electrolítico tem uma influência significativa na vida à fadiga dos instrumentos Hyflex .04/20 e .06/20. O tratamento térmico por autoclave tem uma influência negativa nos instrumentos Hyflex .04/20 e uma influência positiva nos instrumentos Hyflex .06/20.

Optimização das condições de moldação de materiais compósitos para construção de ferramenta de reparação de defeito em radome de aeronave

Com o objectivo de construir uma ferramenta de reparação de defeitos em radomes de aeronaves, torna-se necessário identificar quais os materiais e as técnicas apropriadas para esta tarefa, listando a tecnologia, o conhecimento e os recursos humanos existentes na empresa e no mercado, na tentativa de rentabilizar os custos de construção da ferramenta de reparação. Para os prepreg’s de fibra de carbono, a técnica aconselhada é a Moldação por Saco de Vácuo, enquanto que para os tecidos de fibra de vidro impregnados de resina, a Moldação por Infusão de Resina Assistida por Vácuo é a técnica aconselhada. Após a análise de resultados dos ensaios de Tracção e de Flexão, obtêm-se dados para calcular a espessura mínima aconselhada para as paredes da ferramenta de reparação, de modo a que não sofra qualquer distorção aquando da sua utilização nas reparações efectuadas em autoclave. Após se calcular qual a espessura mínima da parede da ferramenta, faz-se o cálculo e a análise de custos para ambas as soluções, de modo a perceber a viabilidade financeira de cada uma das técnicas, concluindo-se qual a solução mais facilmente rentabilizável.

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.

Reforço de vigas de betão armado com armaduras exteriores de FRP

A presente dissertação vem no seguimento dos estudos realizados no Departamento de Engenharia Civil da Universidade Nova de Lisboa sobre o reforço à flexão de vigas de betão armado com compósitos de CFRP (compósitos reforçados com fibras de carbono). Numa primeira fase deste trabalho foram estudadas e desenvolvidas duas novas técnicas de reforço de vigas à flexão com laminados de CFRP, às quais foram atribuídas as designações de Externally Bonded Reinforcement Anchorage (EBRA) e Horizontal Near Surface Mounted Reinforcement (HNSMR). Estes sistemas de reforço foram estudados e testados em cinco vigas de betão armado de secção transversal em T, as quais foram levadas à rotura através de ensaios à flexão tendo em conta um sistema de aplicação de carga em quatro pontos. Para diferentes historiais de carregamento (monotónicos e cíclicos) foram analisados diversos parâmetros relacionados com a capacidade de mobilização da resistência à tração dos elementos de reforço, resistência máxima dos sistemas, ductilidade dos mesmos e eficiência destes perante situações de serviço. Com isto, realizou-se um estudo comparativo entre o desempenho destes sistemas de reforço e o de duas outras técnicas já estudadas, nomeadamente, os sistemas Externally Bonded Reinforcement (EBR) e Near Surface Mounted Reinforcement (NSMR). Como complemento deste trabalho desenvolveu-se também um programa de cálculo em MATLAB, capaz de simular o problema em estudo através de um modelo numérico de análise não-linear de secções. A representatividade dos dados obtidos pelo modelo numérico foi verificada posteriormente através de uma análise comparativa entre estes e os valores experimentais obtidos.

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.