Desenvolvimento de ferramentas BIM no âmbito do cálculo estrutural em situação de incêndio

Este trabalho insere-se no âmbito de um estágio curricular realizado no gabinete de projetos SE2P, durante o qual foram desenvolvidas ferramentas de cálculo estrutural em situação de incêndio, integradas numa metodologia de trabalho que segue os princípios inerentes à tecnologia BIM (Building Information Modeling). Em particular foi implementado um procedimento de análise ao fogo segundo os modelos simplificados prescritos pelos Eurocódigos. Estes modelos garantem a segurança estrutural, permitindo, de forma rápida e eficiente, a determinação das necessidades de proteção passiva para diferentes cenários, tendo em vista a obtenção da solução mais económica. Esta dissertação, para além da apresentação do trabalho desenvolvido em regime de estágio curricular, objetivou dotar o leitor de um documento que introduza os principais conceitos relativos ao cálculo estrutural em situação de incêndio, indicando as várias opções de análise e respetivas vantagens e desvantagens, ajudando a definir a sua adequabilidade ao projeto em estudo. Neste contexto é efetuada uma introdução geral ao fenómeno do fogo e às medidas mais correntes de proteção, indicando-se os documentos normativos aplicáveis tanto ao cálculo estrutural como aos materiais de proteção. É também abordada a interação entre as várias normas que devem ser consultadas quando é efetuada uma análise ao fogo, e quais se aplicam a cada fase da análise. Efetua-se uma clara distinção entre a análise do comportamento térmico e mecânico, indicando-se as principais propriedades dos materiais em função do tipo de análise e a forma como são afetadas pela temperatura. No campo da análise do comportamento térmico faz-se essencialmente referência aos modelos de cálculo simplificados do desenvolvimento da temperatura em elementos metálicos e vigas mistas, com e sem proteção passiva. No que concerne ao campo da análise do comportamento mecânico são descritos os modelos de cálculo simplificados para a verificação da segurança estrutural atendendo às ações e combinações em situação de incêndio e à perda de resistência a temperaturas elevadas. Relativamente ao trabalho desenvolvido na SE2P, relativo ao desenvolvimento de ferramentas de cálculo e a sua implementação na análise ao fogo, realiza-se uma descrição detalhada de todo o processo, e da forma como se integra no conceito BIM, utilizando informações provenientes da modelação das estruturas e introduzindo novos dados ao modelo. Realizou-se também a aplicação de todo o procedimento de análise e das ferramentas desenvolvidas, a um caso de estudo baseado num edifício de habitação. Este caso de estudo serviu também para criar cenários de otimização utilizando-se referências de preços de mercado para o aço, sua transformação em fábrica e sistemas de proteção passiva, demonstrando-se a dificuldade em encontrar caminhos rápidos e diretos de decisão no processo de otimização.

Estudo da resistência de juntas adesivas em L entre alumínio e material compósito

As ligações adesivas são frequentemente utilizadas na fabricação de estruturas complexas que não poderiam ou não seriam tão fáceis de ser fabricadas numa só peça, a fim de proporcionar uma união estrutural que, teoricamente, deve ser pelo menos tão resistente como o material de base. As juntas adesivas têm vindo a substituir métodos como a soldadura, e ligações parafusadas e rebitadas, devido à facilidade de fabricação, menor custo, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistência, entre outras características. Os materiais compósitos reforçados com fibra de carbono são amplamente utilizados em muitas indústrias, tais como de construção de barcos, automóvel e aeronáutica, sendo usados em estruturas que requerem elevada resistência e rigidez específicas, o que reduz o peso dos componentes, mantendo a resistência e rigidez necessárias para suportar as diversas cargas aplicadas. Embora estes métodos de fabricação reduzam ao máximo as ligações através de técnicas de fabrico avançadas, estas ainda são necessárias devido ao tamanho dos componentes, limitações de projecto tecnológicas e logísticas. Em muitas estruturas, a combinação de compósitos com metais tais como alumínio ou titânio traz vantagens de projecto. Este trabalho tem como objectivo estudar, experimentalmente e por modelos de dano coesivo (MDC), juntas adesivas em L entre componentes de alumínio e compósito de carbono epóxido quando solicitados a forças de arrancamento, considerando diferentes configurações de junta e adesivos de ductilidade distinta. Os parâmetros geométricos abordados são a espessura do aderente de alumínio (tP2) e comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica permitiu o estudo da distribuição das tensões, evolução do dano, resistência e modos de rotura. Os testes experimentais validam os resultados numéricos e fornecem mecanismos de projecto para juntas em L. Foi mostrado que a geometria do aderente em L (alumínio) e o tipo de adesivo têm uma influência directa na resistência de junta.

Modelação e dimensionamento de estruturas

O presente relatório refere-se ao trabalho desenvolvido durante o período de estágio curricular enquadrado no ciclo de estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP, Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estágio desenvolveu-se ao longo de seis meses, desde Fevereiro até Julho de 2015, na empresa FASE S.A., em ambiente de gabinete, para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil. Durante o período de estágio foram desenvolvidos projetos de estabilidade de estruturas metálicas e de betão armado, desde a fase de conceção, pré-dimensionamento, modelação numérica e análise de resultados, dimensionamento final, até à produção das peças desenhas e escritas constituintes de um projeto de estruturas. Foi possível analisar e dimensionar estruturas através de programas de cálculo automático e ferramentas de cálculo que serão referidas no presente relatório. Neste relatório será descrita pormenorizadamente a elaboração de um projeto em betão armado em todas as suas vertentes. Apresentam-se também as metodologias de cálculo empregues. No culminar, enunciam-se algumas conclusões de carácter geral decorrentes do trabalho desenvolvido.

Estudo de Ferramentas FEA Comerciais na Simulação Numérica de Processos de Conformação de Chapas Metálicas. Aplicação à Indústria Automóvel.

Os componentes obtidos através da conformação plástica de chapas têm uma grande importância, tanto na etapa de concepção do produto como na etapa de produção na indústria automóvel. Isto comprova-se pelo facto de, em média, cada automóvel integrar cerca de 500 componentes estampados para construir o chassis e a carroçaria [Alves 2003]. Deste total de componentes, 50 são de grandes dimensões (portas, tejadilho, painéis inferior e laterais, entre outros) e necessitam, em média, de cinco ferramentas para o seu fabrico, sendo o custo estimado para cada ferramenta de 230 000 € [Col 2000, Alves 2003]. Para além da indústria automóvel, a conformação plástica de chapas metálicas é um processo tecnológico presente nas indústrias relativas à aeroespacial, petrolífera, decoração, alimentar, entre outras. Do ponto de vista do enquadramento económico, cerca de 20% do custo total de um automóvel novo é devido à incorporação de componentes metálicos estampados. [Alves 2003]. A pressão do “Mercado Global” faz com que os custos relativos à matéria-prima, energia e mão-de-obra sejam uma constante em termos de redução do seu impacte no orçamento das empresas fornecedoras destes produtos. É neste contexto que surge a necessidade da realização deste estudo de Benchmark de Softwares, tornando-se bastante importante, quer ao nível da competitividade industrial, quer ao nível da inovação para novos produtos. A análise por elementos finitos desempenha um papel primordial no tryout virtual e otimização das ferramentas e processos de conformação plástica. Os objetivos principais deste estudo de simulação numérica são a identificação e comparação dos resultados obtidos pelo AUTOFORM e pelo PAMSTAMP, para cada uma das variáveis identificadas como as mais influentes na robustez dos processos de estampagem de chapa metálica. Estas variáveis identificadas são: consumo de material (Draw-in) após conformação; forças de conformação; valores de variação de espessura e dos valores de extensão e resultados de Springback. Os resultados obtidos são comparados com os resultados experimentais e, desta forma, avalia-se a capacidade inovadora e a eficácia de cada um dos softwares, obtendo-se assim, uma orientação mais real para o software mais indicado aos objetivos impostos pela indústria automóvel. Para este efeito, a indústria automóvel, como maior impulsionador e motor da investigação na área da simulação numérica aplicada aos processos de estampagem, tem aderido em peso ao Benchmarking. Um exemplo disto, é o que acontece nas conferências Numisheet. O Benchmark #2 da conferência Numisheet 2008 é analisado pormenorizadamente e os resultados numéricos e experimentais são comparados e apresentados. Dois materiais distintos (aço HC260LAD e liga de alumínio AC170), assim como três modelos com geometrias diferentes (com e sem freios) são apresentados neste relatório. Com vista à redução dos ciclos tentativa-erro, tem-se adotado ciclos virtuais ou numéricos e tem-se incrementado a interatividade entre as fases de concepção e projeto, num conceito muito próprio, mas cada vez mais abrangente, denominado “produção virtual”. É nesta filosofia que se insere a simulação numérica dos processos de conformação de chapa.

Desenvolvimento e caracterização tribológica de hidrogéis poliméricos de PVA reforçados com fosfato tricálcico para aplicação como cartilagem articular para implantes articulares

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Otimização dos parâmetros de processamento em Laser Melting

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

High strain rate constitutive modeling forhistorical structures subjected to blast loading

Doctoral Thesis Civil Engineering

Simulação numérica do comportamento ao impacto de componentes para calçado de segurança

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Análise e simulação do processo de dobragem de um tubo elíptico utilizando um aço avançado de elevada resistência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Durabilidade de colagens estruturais em elementos de madeira

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Avaliação experimental da utilização de conectores indentados em elementos mistos de aço e betão leve

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Muntatge i automatització d'un ascensor de 4 plantes

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Les primera intenció d'aquesta recerca és unificar dues grans branques de la tecnologia com són la mecànica i l'elèctronica. Així va sorgir el projecte de construir un ascensor i provar un nou sistema de transmissió com és el vis sense fi juntament amb la introducció d'un microcontrolador del tipus PIC com a unitat central de processament. El primer pas d'aquest treball va ser el disseny d'aquest ascensor utilitzant diversos programes. Posteriorment es van encarregar aquestes peces abans dissenyades per tal de començar-ne la construcció. Aquestes peces van ser unides totalment mitjançant rebladures i altres suports mecànics. A continuació es va desenvolupar la programació del microcontrolador. El pas més important va ser l'acoblament del grup motor i el poliment dels aspectes més difícils de corregir com és el cas dels molts fregaments que patia al ser una estructura purament metàl·lica. Corregits aquests problemes i el nivell sonor, es va donar per conclòs el treball.

Validation of Design Recommendations for Integral Abutment Piles, HR-292, 1989

Since integral abutment bridges decrease the initial and maintenance costs of bridges, they provide an attractive alternative for bridge designers. The objective of this project is to develop rational and experimentally verified design recommendations for these bridges. Field testing consisted of instrumenting two bridges in Iowa to monitor air and bridge temperatures, bridge displacements, and pile strains. Core samples were also collected to determine coefficients of thermal expansion for the two bridges. Design values for the coefficient of thermal expansion of concrete are recommended, as well as revised temperature ranges for the deck and girders of steel and concrete bridges. A girder extension model is developed to predict the longitudinal bridge displacements caused by changing bridge temperatures. Abutment rotations and passive soil pressures behind the abutment were neglected. The model is subdivided into segments that have uniform temperatures, coefficients of expansion, and moduli of elasticity. Weak axis pile strains were predicted using a fixed-head model. The pile is idealized as an equivalent cantilever with a length determined by the surrounding soil conditions and pile properties. Both the girder extension model and the fixed-head model are conservative for design purposes. A longitudinal frame model is developed to account for abutment rotations. The frame model better predicts both the longitudinal displacement and weak axis pile strains than do the simpler models. A lateral frame model is presented to predict the lateral motion of skewed bridges and the associated strong axis pile strains. Full passive soil pressure is assumed on the abutment face. Two alternatives for the pile design are presented. Alternative One is the more conservative and includes thermally induced stresses. Alternative Two neglects thermally induced stresses but allows for the partial formation of plastic hinges (inelastic redistribution of forces). Ductility criteria are presented for this alternative. Both alternatives are illustrated in a design example.

High Molecular Weight Methacrylate Sealing of a Bridge Deck, HR-2031, 1988

The Iowa Department of Transportation used a high molecular weight methacrylate (HMWM) resin to seal a 3,340 ft. x 64 ft. bridge deck in October 1986. The sealing was necessary to prevent deicing salt brine from entering a substantial number of transverse cracks that coincided with the epoxy coated top steel and unprotected bottom steel. HMWM resin is a three component product composed of a monomer, a cumene hydroperoxide initiator and a cobalt naphthenate promoter. The HMWM was applied with a dual spray bar system and flat-fan nozzles. Initiated monomer delivered through one spray bar was mixed in the air with promoted monomer from the other spray bar. The application rate averaged 0.956 gallons per 100 square feet for the tined textured driving lanes. Dry sand was broadcast on the surface at an average coverage of 0.58 lbs. per square yard to maintain friction. Coring showed that the HMWM resin penetrated the cracks more than two inches deep. Testing of the treated deck yielded Friction Numbers averaging 33 with a treaded tire compared to 36 prior to treatment. An inspection soon after treatment found five leaky cracks in one of the 15 spans. One inspection during a steady rain showed no leakage, but leakage from numerous cracks occurred during a subsequent rain. A second HMWM application was made on two spans. Leakage through the double application occurred during a rain. Neither the single or double application were successful in preventing leakage through the cracks.

Investigation of the Loss of Prestress in Prestressed Concrete Beams due to Steam Curing, HR-62, 1961

Mass production of prestressed concrete beams is facilitated by the accelerated curing of the concrete. The ·method most commonly used for this purpose is steam curing at atmospheric pressure. This requires concrete temperatures as high as 150°F. during the curing period. Prestressing facilities in Iowa are located out of doors. This means that during the winter season the forms are set and the steel cables are stressed at temperatures as low as 0°F. The thermal expansion of the prestressing cables should result in a reduction of the stress which was placed in them at the lower temperature. If the stress is reduced in the cables, then the amount of prestress ultimately transferred to the concrete may be less than the amount for which the beam was designed. Research project HR-62 was undertaken to measure and explain the difference between the initial stress placed in the cables and the actual stress which is eventually transferred to the concrete. The project was assigned to the Materials Department Laboratory under the general supervision of the Testing Engineer, Mr. James W. Johnson. A small stress bed complete with steam curing facilities was set up in the laboratory, and prestressed concrete beams were fabricated under closely controlled conditions. Measurements were made to determine the initial stress in the steel and the final stress in the concrete. The results of these tests indicate that there is a general loss of prestressing force in excess of that caused by elastic shortening of the concrete. The exact amount of the loss and the identification of the factors involved could not be determined from this limited investigation.