Pressões sobre cortinas de contenção em solos com nível freático elevado

No pré-dimensionamento de cortinas de contenção flexíveis multi-escoradas são frequentemente utilizados diagramas aparentes, sobretudo para a previsão das cargas nas escoras. Nos casos de níveis freáticos elevados, tais diagramas, em especial quando dizem respeito a solos arenosos, foram obtidos em situações em que foi possível proceder ao rebaixamento do nível freático. O trabalho pretende contribuir para a compreensão da distribuição das pressões totais sobre a cortina nos casos em que tal rebaixamento não se verifique. Começa-se por fazer uma breve análise do problema com base no publicado na bibliografia. Recorrese a análises tensão-deformação, por elementos finitos, para o estudo de um caso-base, comparando-se cenários em que não se considera a presença de água no terreno com outros em que tal presença se verifica, tanto modelando os efeitos da percolação como assumindo que a cortina impede a entrada de água para a escavação. Procede-se a análise paramétrica que procura estudar os efeitos nas pressões na cortina da altura enterrada, do peso volúmico do solo, da rigidez das escoras, da rigidez da parede, da largura de escavação, da escala do problema e da resistência do terreno. Analisam-se os resultados obtidos e tiram-se algumas conclusões sobre os diagramas a adoptar no pré-dimensionamento para os casos de nível freático elevado.

Caracterização reológica de mastiques betuminosos

A rede rodoviária desempenha um papel fundamental para o desenvolvimento de qualquer país. Atualmente em Portugal tem-se assistido a um aumento do investimento na reabilitação dos pavimentos rodoviários, usualmente recorrendo a colocação de misturas betuminosas. Constituído por uma parte mais fina do agregado e betume, o mastique é considerado o verdadeiro ligante da mistura betuminosa, uma vez que envolve e liga os agregados grossos, preenchendo deste modo os seus vazios. Assim, é essencial caracterizar o comportamento deste material devido à sua influência em diversas características da mistura betuminosa. O comportamento viscoelástico do mastique pode ser caraterizado por ensaios com imposição de uma força ou de um deslocamento. No presente trabalho foram realizados ensaios uniaxiais com aplicação de uma deformação uniaxial, quer em ensaios com aumento de comprimento do provete, como em ensaios com redução do comprimento. Foram utilizados dois tipos de betume, um betume puro e um betume modificado com polímeros. Para além destes, foram utilizados dois tipos de fíler diferentes, um pó de calcário e uma cal hidráulica. Com estes materiais fabricaram-se mastiques betuminosos com diferentes razões fíler/betume e foi avaliado o seu comportamento viscoelástico adaptando a norma EN 12697-26 (2004). Para cada mastique fez-se variar a temperatura, a frequência e a amplitude de deformação imposta. Para o tratamento dos resultados obtidos nos ensaios utilizou-se um método por regressão linear, para se obter os valores do módulo complexo e do ângulo de fase para cada mastique. Posteriormente, realizou-se o ajustamento dos resultados experimentais com um modelo mecânico 2S2P1D. Os resultados mostraram que o comportamento dos mastiques é influenciado pelo tipo de ensaio (com aumento ou com redução do comprimento), tipo de fíler e pela relação fíler/betume utilizada.

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.

Rotura de fundo em escavações devida a percolação ascendente

A rotura de fundo de escavações em solos arenosos, com nível freático elevado e em que se procede ao rebaixamento do nível de água no interior da escavação, causando percolação em torno da cortina, é sobretudo tratada como se fosse um problema de levantamento hidráulico, em que o colapso ocorre por anulação da tensão efetiva e é independente da resistência do solo. No entanto, em fase anterior à anulação da tensão efetiva, esta deverá assumir um valor baixo, que poderá causar a rotura do fundo. Tal problema não é, praticamente, abordadona bibliografia, sendo objeto do estudo desenvolvido. Recorre-se à análise tensão-deformação, por elementos finitos, de um caso de estudo, seguido da determinação numérica do coeficiente de segurança e, portanto, do parâmetro de resistência do solo no colapso. A partir deste caso de estudo, desenvolve-se um conjunto de análises paramétricas incidindo sobre aspetos estruturais, mecânicos e geométricos. São analisados os resultados obtidos e são tiradas conclusões relativamente ao fenómeno de rotura de fundo de escavações em solos arenosos.

Desenvolvimento de um sensor para utilização em fixadores externos em ortopedia

Nesta dissertação é apresentada a metodologia adoptada no desenvolvimento de um sensor capaz de monitorizar a evolução da consolidação óssea proveniente de patologias tratadas com a utilização de aparelhos de fixação externa. O sensor tem como finalidade medir o deslocamento relativo entre os componentes do fixador externo que são proporcionais aos níveis de consolidação do osso. Surge como alternativa aos processos convencionais (raios-X, ultra-sons, etc.) que não possibilitam a detecção de imperfeições no processo de regeneração óssea numa fase precoce. Uma análise a vários materiais e geometrias revelaram que um sensor fabricado em latão e sob a forma de anel, após uma deformação de compressão de 4

Análise e otimização de materiais compósitos de microestrutura periódica

A presente dissertação tem como principais objetivos a otimização topológica de materiais compósitos de microestrutura periódica e a análise de efeitos de escala na caracterização das propriedades elásticas dos mesmos. No desenvolvimento deste trabalho, é abordada a teoria da homogeneização que é usualmente utilizada para estimar as propriedades elásticas de materiais compósitos periódicos de modo a tratar um meio heterogéneo como um meio homogéneo com propriedades mecânicas equivalentes. É realizada uma verificação e validação das hipóteses utilizadas por esta teoria, com o fim de determinar em que condições os resultados homogeneizados são credíveis e qual a margem de erro associada a esses mesmos resultados. O modelo de material aqui utilizado é obtido pela repetição de uma célula de base unitária (microestrutura representativa) em todas as direções espaciais. Trata-se de um modelo de material tridimensional de duas fases, sólido e vazio (material poroso). São estudadas diferentes topologias de microestruturas, obtidas através de um algoritmo de otimização topológica utilizando o método da homogeneização inversa. Para que fosse utilizada uma amostra suficientemente representativa de diferentes casos de anisotropia de material, foi utilizado um gerador de números aleatórios para reproduzir os estados de tensão ou deformação a serem utilizados no processo de otimização das microestruturas. Desta forma, é realizado um estudo quanto à anisotropia de material e a sua influência nas propriedades elásticas do material. O estudo de efeitos de escala toma uma grande importância neste trabalho, sendo estimados numericamente os tensores elásticos que caracterizam o material e estudada a sua convergência em relação aos tensores obtidos pelo método da homogeneização. Da mesma forma, é realizado um estudo numérico de convergência da densidade de energia de deformação e de tensão para diferentes condições de ensaios mecânicos. Os resultados indicam que um baixo fator de escala é suficiente para substituir um compósito heterogéneo por um material homogéneo com propriedades elásticas calculadas pela teoria da homogeneização.

Análise e dimensionamento de elementos estruturais de aço inoxidável

Tradicionalmente, o aço inoxidável não tem sido utilizado na Construção como material estrutural corrente devido ao seu elevado custo, sendo normalmente a sua utilização motivada por condicionalismos arquitetónicos e estéticos. Contudo, nos últimos anos, com a introdução dos Eurocódigos e do conceito de materiais sustentáveis, o interesse na utilização deste material em estruturas correntes de Engenharia Civil tem vindo a aumentar consideravelmente. Esta dissertação tem como objetivo, com base na compilação bibliográfica descritiva das características do aço inoxidável como material estrutural, discutir o processo de verificação da segurança, de acordo com o Eurocódigo 3, de elementos de aço inoxidável apresentando exemplos práticos de dimensionamento. Do presente estudo verificou-se que a aplicabilidade do aço inoxidável como material estrutural corrente, embora seja possível através da norma europeia respetiva (Eurocódigo 3 - Parte 1-4) é ainda muito limitada pois este Eurocódigo é demasiado conservativo para esse material e por isso ineficiente. Assim, para um dimensionamento económico, é necessário que seja aproveitada a plasticidade inerente do material e que se proceda a uma revisão da norma europeia, de modo a refletir as diferenças do aço inoxidável em relação ao aço carbono, como proposto pelo método da resistência contínua.

Melhoramento e automatização de um sistema de revestimento com laser

O revestimento com laser permite criar revestimentos localizados pela adição de uma liga similar ou dissimilar. O revestimento visa melhorar as características da superfície metálica, tais como a dureza, a resistência ao desgaste por atrito, à corrosão e à fadiga térmica dos componentes sujeitos a condições adversas de trabalho por prolongados períodos de tempo. Esta dissertação tem como objetivo o melhoramento da configuração, a automatização do sistema de revestimento com laser do Laboratório de Laser do Instituto Superior Técnico (IST) da Universidade de Lisboa, utilizado pelo Centro de Física e Engenharia de Materiais Avançados do Instituto Superior Técnico – CeFEMA e a realização de ensaios de deposições com o fim de validação. Foram estudadas as configurações possíveis para o sistema de posicionamento da amostra, do laser e a configuração para o posicionamento com precisão do bocal de adição de pós ao banho de fusão. Após este estudo foram apresentadas e implementadas as propostas de melhoria do sistema inicial. Para tornar o sistema funcional, foi desenvolvido um controlador para comandar as três guias motorizadas de movimento linear OWIS, o laser IPG YLR e o alimentador de pós PLASMA-TECHNIK. Para simplificar a utilização aos investigadores do CeFEMA foi ainda desenvolvida uma interface gráfica que permite ao utilizador definir os principais parâmetros do processo Para a validação do trabalho desenvolvido foram realizados diversos ensaios de deposição da liga Ti52Ta num substrato de titânio. Através dos ensaios de deposição foi estudada a influência de alguns parâmetros do processo na geometria do revestimento obtido, como a altura, a profundidade, o ângulo do cordão, a diluição entre o material de adição e o substrato, tendo ainda sido estudada a influência dos parâmetros do processo na eficiência de deposição.

Fabrico e compactação de misturas betuminosas temperadas

As misturas betuminosas temperadas caracterizam-se por serem produzidas a temperaturas mais baixas que as tradicionais a quente, existindo várias tecnologias disponíveis no mercado. A redução da temperatura (cerca de 25ºC) conduz a um menor consumo de combustível na central de produção e à diminuição das emissões poluentes. Na literatura é referida como vantagem adicional o aumento da distância de transporte da mistura. Tal é conseguido devido à menor temperatura de compactação deste tipo de mistura, esse tempo de transporte pode ainda aumentar caso se aumente a temperatura de fabrico da mistura. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência das temperaturas de fabrico e de compactação no comportamento das misturas betuminosas temperadas. Neste estudo selecionou-se uma mistura betuminosa do tipo AC 20 base 35/50 (MB), utilizada em trabalhos laboratoriais anteriores. Esta mistura foi produzida com dois aditivos diferentes que permitem baixar a temperatura de fabrico e compactação, o Sasobit® e o Rediset®. As misturas foram fabricadas a 165ºC e 120 °C, compactadas a 150, 120 e 100 °C. Foram realizados os seguintes ensaios: ensaio de escorrimento para avaliar o comportamento da mistura durante a fase de produção; avaliação volumétrica para analisar a compactibilidade; e ensaio de deformação permanente para avaliar o desempenho em serviço Os resultados obtidos com este trabalho permitem concluir que o aumento da temperatura de fabrico não influencia o comportamento da mistura. Obtiveram-se resultados semelhantes para a mistura quando fabricada a temperaturas diferentes. A mistura apresenta resultados consistentes relativamente à volumetria e à deformação permanente.

Punçoamento cíclico de lajes fungiformes com armadura específica

Neste trabalho apresenta-se o estudo experimental desenvolvido com o intuito de analisar o comportamento de lajes fungiformes maciças com armadura específica de punçoamento solicitadas por carregamentos horizontais cíclicos. Foram analisados três modelos de laje fungiforme correspondentes a uma ligação lajepilar interior. Em dois dos modelos foram instaladas armaduras de punçoamento na forma de estribos fechados e o restante modelo foi utilizado como modelo de referência, não incluindo qualquer armadura de punçoamento. Todos os modelos foram sujeitos a uma carga gravítica que corresponde a 50% da carga de rotura prevista pelo EC2 e a um carregamento horizontal cíclico com intensidade crescente até se atingir a rotura por punçoamento do modelo. A armadura específica de punçoamento utilizada é do tipo estribo fechado, com pormenorização semelhante entre modelos, sendo o parâmetro diferenciador a quantidade de armadura específica instalada. Os resultados experimentais são analisados quanto à carga e modo de rotura, deformação dos modelos, extensões verificadas nas armaduras (longitudinal e específica) e comportamento histerético dos modelos. Os valores das cargas de rotura obtidos são comparados com os previstos pelo EC2, ACI318M-11 e MC2010. A capacidade de deformação lateral dos modelos é comparada com os requisitos impostos pelo SEI/ASCE 7-10.

Estudo do efeito de tratamentos térmicos nas propriedades térmicas e mecânicas de três limas endodônticas: MTwo, K3 e K3XF

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de tratamentos térmicos sobre as temperaturas de transformação de fase e no comportamento mecânico de três limas endodônticas: MTwo#30(.05), K3#30(.04) e K3XF#30(.04). As limas em estudo foram sujeitas a tratamentos térmicos entre 250 e 400ºC durante 1 h, seguidos de têmpera em água. Foi realizada análise térmica para determinar as temperaturas de transformação de fase. As propriedades mecânicas das limas foram testadas recorrendo a equipamentos que tentam simular o canal do dente, para testar a lima quando sujeita a esforços de torção (dispositivo desenvolvido pela mestranda) e de flexão combinada com rotação (dispositivo já existente). Foram também explorados resultados obtidos em estudos anteriores relacionados com a caracterização estrutural das limas, com recurso à radiação de sincrotrão: sem qualquer esforço aplicado e sob flexão. Os tratamentos térmicos alteraram as temperaturas de transformação de fases, sendo que estas aumentaram com o aumento da temperatura de tratamento térmico. Tendo em conta o comportamento mecânico, a lima K3XF é a que apresenta maiores ângulos de torção até à fratura, no entanto a MTwo é a que apresenta menores valores de momento de torção até à fratura. A lima K3 é a que apresenta o maior número de ciclos até à fratura.

Produção e caracterização de materiais com gradiente funcional a partir de ligas com memória de forma

O presente trabalho incidiu no estudo da possibilidade de se obter uma variação das propriedades funcionais numa liga de NiTi rica em Ni comercial a partir de um processo de tratamentos térmicos localizados por efeito de Joule. Para tal, foram tratados troços de fitas de NiTi sujeitas a diferentes tratamentos termo-mecânicos prévios, que foram posteriormente sujeitos a análise térmica por DSC (Differential Scanning Calorimetry) para se identificar a influência dos tratamentos térmicos nas temperaturas de transformação. As fitas foram também sujeitas a ciclos de deformação com utilização de um extensómetro para averiguar a influência de cada troço na deformação/recuperação globais. Estes estudos foram complementados por ensaios de resistividade elétrica, identificando-se as variações de resistividade nos diferentes troços, e por ensaios de DRX para complementar a análise térmica de modo a determinar as fases existentes nas fitas às diferentes temperaturas. Questões relacionadas com o processo e os seus diferentes parâmetros de operação foram também identificados e discutidas de modo a se poder adaptar e aperfeiçoar no futuro. Os resultados mostraram que este processo se adequa ao objetivo pretendido, com capacidade superior para se obter uma variação espacial das propriedades funcionais relativamente a outros métodos utilizados.

Efeito das condições de fabrico e compactação no comportamento mecânico de misturas betuminosas temperadas

As Misturas Betuminosas Temperadas (MBT) são misturas produzidas a temperaturas mais baixas que as tradicionais a quente, resultando na diminuição da quantidade de energia necessária durante a produção e da emissão de gases poluentes, com melhoria das condições de trabalho dos operários. Estas misturas devem apresentar um comportamento semelhante às tradicionais de modo a se obterem pavimentos com igual durabilidade. Neste trabalho pretendeu-se investigar o efeito da variação das temperaturas de fabrico e de compactação no comportamento em serviço da mistura betuminosa. Para tal, realizou-se o estudo experimental de uma mistura betuminosa (AC 20 base), com incorporação de diferentes aditivos, produzida a temperaturas várias. O efeito dos diferentes aditivos no comportamento reológico do betume a temperaturas elevadas foi avaliado através da medição da viscosidade dinâmica. O desempenho da mistura foi avaliado através do ensaio de deformação permanente e do ensaio de sensibilidade à água. Os resultados do ensaio de sensibilidade à água mostram um efeito claro das temperaturas de produção na resistência da mistura, com os melhores resultados obtidos para as temperaturas sugeridas pelo produtor. Os resultados do ensaio de deformação permanente apresentam maior dependência do tipo de aditivo utilizado do que das temperaturas. Assim, conclui-se que a produção de misturas betuminosas temperadas com incorporação de aditivos não compromete o comportamento em serviço do pavimento desde que sejam utilizadas as temperaturas adequadas para esse tipo de mistura.

Ensaio à rotura de protótipo de edifício em lajes de betão auto-compactável reforçado com fibras

O presente artigo descreve a investigação experimental realizada para avaliar as potencialidades da utilização de betão auto-compactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) na construção de lajes fungiformes de edifícios de habitação e comércio, onde as fibras são o único reforço aplicado nas lajes. Para tal foi construído um protótipo deste tipo de edifícios, à escala 1:4, e ensaiado para condições de carga que permitissem avaliar o seu comportamento em serviço e em rotura. Estes ensaios foram complementados por um extenso programa experimental de caracterização do comportamento mecânico do BACRFA. Os ensaios de fluência no protótipo demonstraram a não ocorrência de fendas, bem como uma deformação dentro dos limites aceitáveis para este tipo de construção até uma sobrecarga de aproximadamente 40 kN/m2. No ensaio à rotura, o protótipo desenvolveu elevada capacidade de carga e rotura dúctil por flexão com formação de padrão difuso de fendas. Os resultados obtidos evidenciaram que o BACRFA desenvolvido demonstra potencial para ser utilizado no tipo de aplicação em causa com benefícios técnico e económicos.