Earthquakes and robustness for timber structures

Workshop of COST Actions TU0601 and E55 September 21-22 2009, Ljubljana, Slovenia

Sustentabilidade na construção metálica

O desenvolvimento sustentável é um dos grandes desafios dos nossos tempos com inúmeras consequências em várias áreas da nossa sociedade. É uma questão abrangente e essencial para a sobrevivência do modo de vida tal como o conhecemos actualmente. A construção sustentável tem um papel muito importante no desenvolvimento, não só ao nível económico mas também social e cultural. Embora não contemple a energia incorporada, a avaliação do ciclo de vida (ACV), no sector da construção, é um dos métodos mais comuns para avaliar o nível de sustentabilidade. Este trabalho visa os metais como uma das mais promissoras e actuais respostas do sector da construção às crescentes preocupações em relação ao desenvolvimento sustentável. O ferro e derivados são normalmente a base das construções metálicas, residindo no seu potencial de reutilização e reciclagem um dos seus principais factores de sustentabilidade. As estruturas metálicas apresentam características especificas que se coadunam com os requisitos da construção sustentável e que tornam este tipo de construção extremamente versátil e interessante. Neste trabalho, é efectuada uma abordagem sobre a construção metálica ao longo de três partes. A primeira parte é constituída por uma introdução histórica ao ferro e seus derivados enunciando exemplos de construções até aos nossos dias, e pela classificação dos vários tipos de metais e ligas metálicas. Na segunda parte, é abordado o conceito de sustentável e o seu enquadramento no sector da construção, e é feita uma introdução à metodologia de avaliação de ciclo de vida. Na terceira parte, é abordado um exemplo prático de uma estrutura metálica em que são elaboradas e comparadas três soluções. Na origem da diversidade dos elementos comparativos estão o tipo de aço, a origem da energia utilizada no seu fabrico e o tipo de solução técnica adoptada. O objectivo deste trabalho é compreender as repercussões do conceito de sustentabilidade no sector da construção, e desenvolver um método simplificado de avaliação dos impactos ambientais e económicos de soluções metálicas.

Dimensionamento de pilares mistos aço-betão segundo a EN 1994-1-1 através de uma aplicação informática

O presente trabalho debruça-se sobre as estruturas mistas aço-betão, com foco nos pilares mistos e no seu dimensionamento segundo a norma europeia EN1994-1-1 (EC4) [1]. Um pilar misto aço-betão pode definir-se como um elemento de aço, laminado ou composto, que trabalha em conjunto com o betão, podendo as secções serem classificados como revestidas ou preenchidas. Com a crescente evolução das técnicas construtivas, as estruturas mistas aço-betão aparecem como soluções viáveis e seguras, tornando-se numa opção competitiva em relação às soluções tradicionais de betão armado e de aço estrutural. Isto, devido à grande capacidade de carga proporcionada por secções mais reduzidas, à boa relação de rigidez e bom comportamento perante os fenómenos de encurvadura. Com o surgimento da recente norma europeia EC4, não obstante a complexidade das metodologias de verificação da segurança propostas, há uma maior confiança na utilização deste tipo de estrutura por parte dos projetistas. É neste contexto que surge a necessidade de desenvolver ferramentas de cálculo expedito que possam ser utilizadas em gabinete de projeto, salvaguardando todos os aspectos regulamentares de verificação da segurança preconizados no EC4, de que é exemplo o dimensionamento de pilares mistos abordados no presente trabalho. De forma a validar a ferramenta desenvolvida é proposto um caso de estudo, com o objectivo de obter soluções de pilares mistos com dimensões otimizadas, fazendo as verificações previstas no EC4. Os resultados obtidos na ferramenta são comparados com os resultados obtidos através de cálculos analíticos.

Estudo da delaminação em compósitos

As excelentes propriedades mecânicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compósitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnológica. A crescente utilização destes materiais e a excelência dos resultados daí provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessária de forma a possibilitar a ligação entre peças. O processo de furação é o mais frequente. O processo de maquinagem de compósitos terá como base os métodos convencionais utilizados nos materiais metálicos. O processo deverá, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nível de parâmetros, quer a nível de ferramentas a utilizar. As características dos materiais compósitos são bastante particulares pelo que, quando são sujeitos a maquinagem poderão apresentar defeitos tais como delaminação, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a detecção destes danos, por vezes a inspeção visual não é suficiente, sendo necessário recorrer a processos específicos de análise de danos. Existem já, alguns estudos, cujo âmbito foi a obtenção de furos de qualidade em compósitos, com minimização do dano, não se podendo comparar ainda com a informação existente, no que se refere à maquinagem de materiais metálicos ou ligas metálicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiança na utilização destes materiais se aproxime aos materiais metálicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furação de placas laminadas e posterior análise dos danos provocados por esta operação. Foi dada especial atenção à medição da delaminação causada pela furação e à resistência mecânica do material após ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compósitas de carbono/epóxido com duas orientações de fibras diferentes: unidireccionais e em “cross-ply”. Não se conseguiu muita informação, junto do fornecedor, das suas características pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu módulo de elasticidade. Relativamente á sua resistência â tração, como já foi referido, a grande resistência oferecida pelo material, associada às limitações da máquina de ensaios não permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas três geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o aço rápido (HSS) e o carboneto de tungsténio para as brocas helicoidais de 118º de ângulo de ponta e apenas o carboneto de tungsténio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante não foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas características para a maquinagem de compósitos, o seu elevado custo não justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho académico, como é o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito à delaminação como á resistência mecânica dos provetes ensaiados. Para a determinação dos valores de delaminação, foi usada a técnica de Raio X. Algum conhecimento já existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parâmetros (por exemplo: tempo de exposição das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessível o procedimento de obtenção de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso – AutoCad), foi possível medir as áreas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminação de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parâmetros de maquinagem afectaram a resistência mecânica do material. De forma resumida, são objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condições de corte em materiais compósitos, mais especificamente em fibras de carbono reforçado com matriz epóxida (PRFC); - Caracterização dos danos típicos provocados pela furação destes materiais; - Desenvolvimento de análise não destrutiva (RX) para avaliação dos danos provocados pela furação; - Conhecer modelos existentes com base na mecânica da fratura linear elástica (LEFM); - Definição de conjunto de parâmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de força, da análise não destrutiva e da comparação com modelos de danos existentes e conhecidos.

A framework for robustness assessment in the context of corroded RC structures

Structural robustness is an emergent concept related to the structural response to damage. At the present time, robustness is not well defined and much controversy still remains around this subject. Even if robustness has seen growing interest as a consequence of catastrophic consequences due to extreme events, the fact is that the concept can also be very useful when considered on more probable exposure scenarios such as deterioration, among others. This paper intends to be a contribution to the definition of structural robustness, especially in the analysis of reinforced concrete structures subjected to corrosion. To achieve this, first of all, several proposed robustness definitions and indicators and misunderstood concepts will be analyzed and compared. From this point and regarding a concept that could be applied to most type of structures and dam-age scenarios, a robustness definition is proposed. To illustrate the proposed concept, an example of corroded reinforced concrete structures will be analyzed using nonlinear analysis numerical methods based on a contin-uum strong discontinuities approach and isotropic damage models for concrete. Finally the robustness of the presented example will be assessed.

Rapid automated method for on-site determination of sulfadiazine in fish farming: a stainless steel veterinary syringe coated with a selective membrane of PVC serving as a potentiometric detector in a flow-injection-analysis system

Sulfadiazine is an antibiotic of the sulfonamide group and is used as a veterinary drug in fish farming. Monitoring it in the tanks is fundamental to control the applied doses and avoid environmental dissemination. Pursuing this goal, we included a novel potentiometric design in a flow-injection assembly. The electrode body was a stainless steel needle veterinary syringe of 0.8-mm inner diameter. A selective membrane of PVC acted as a sensory surface. Its composition, the length of the electrode, and other flow variables were optimized. The best performance was obtained for sensors of 1.5-cm length and a membrane composition of 33% PVC, 66% onitrophenyloctyl ether, 1% ion exchanger, and a small amount of a cationic additive. It exhibited Nernstian slopes of 61.0 mV decade-1 down to 1.0×10-5 mol L-1, with a limit of detection of 3.1×10-6 mol L-1 in flowing media. All necessary pH/ionic strength adjustments were performed online by merging the sample plug with a buffer carrier of 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid, pH 4.9. The sensor exhibited the advantages of a fast response time (less than 15 s), long operational lifetime (60 days), and good selectivity for chloride, nitrite, acetate, tartrate, citrate, and ascorbate. The flow setup was successfully applied to the analysis of aquaculture waters. The analytical results were validated against those obtained with liquid chromatography–tandem mass spectrometry procedures. The sampling rate was about 84 samples per hour and recoveries ranged from 95.9 to 106.9%.

Protein glycosylation of exosomes from ovarian carcinoma cells: structures and biological roles

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biology

Robustness of corroded reinforced concrete structures

Short Term Scienti c Mission, COST ACTION TU-0601

A reliability-based measure of robustness for concrete structures subjected to corrosion

This work is a contribution to the definition and assessment of structural robustness. Special emphasis is given to reliability of reinforced concrete structures under corrosion of longitudinal reinforcement. On this communication several authors’ proposals in order to define and measure structural robustness are analyzed and discussed. The probabilistic based robustness index is defined, considering the reliability index decreasing for all possible damage levels. Damage is considered as the corrosion level of the longitudinal reinforcement in terms of rebar weight loss. Damage produces changes in both cross sectional area of rebar and bond strength. The proposed methodology is illustrated by means of an application example. In order to consider the impact of reinforcement corrosion on failure probability growth, an advanced methodology based on the strong discontinuities approach and an isotropic continuum damage model for concrete is adopted. The methodology consist on a two-step analysis: on the first step an analysis of the cross section is performed in order to capture phenomena such as expansion of the reinforcement due to the corrosion products accumulation and damage and cracking in the reinforcement surrounding concrete; on the second step a 2D deteriorated structural model is built with the results obtained on the first step of the analysis. The referred methodology combined with a Monte Carlo simulation is then used to compute the failure probability and the reliability index of the structure for different corrosion levels. Finally, structural robustness is assessed using the proposed probabilistic index.

Towards a Mobile Three-dimensional Modelling System for Underground Structures

Robotica 2012: 12th International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions April 11, 2012, Guimarães, Portugal

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Strength improvement of adhesively-bonded scarf repairs in aluminium structures with external reinforcements

Adhesively bonded techniques are an attractive option to repair aluminium structures, compared to more traditional methods. Actually, as a result of the improvement in the mechanical characteristics of adhesives, adhesive bonding has progressively replaced the traditional joining methods. There are several bonded repair configurations, as single-strap, double-strap and scarf. Compared with strap repairs, scarf repairs have the advantages of a higher efficiency and the absence of aerodynamic disturbance. The higher efficiency is caused by the elimination of the significant joint eccentricities of strap repairs. Moreover, stress distributions along the bond length are more uniform, due to tapering of the scarf edges. The main disadvantages of this technique are the difficult machining of the surfaces, associated costs and requirement of specialised labour. This work reports on an experimental and numerical study of the tensile behaviour of two-dimensional (2D) scarf repairs of aluminium structures bonded with the ductile epoxy adhesive Araldite® 2015. The numerical analysis, by Finite Elements (FE), was performed in Abaqus® and used cohesive zone models (CZM) for the simulation of damage onset and growth in the adhesive layer, thus enabling the strength prediction of the repairs. A parametric study was performed on the scarf angle (α) and different configurations of external reinforcement (applied on one or two sides of the repair, and also different reinforcement lengths). The obtained results allowed the establishment of design guidelines for repairing, showing that the use of external reinforcements enables increasing α for equal strength recovery, which makes the repair procedure easier. The numerical technique was accurate in predicting the repairs’ strength, enabling its use for design and optimisation purposes.

In situ measured cross section geometry of old timber structures and its influence on structural safety

Old timber structures may show significant variation in the cross section geometry along the same element, as a result of both construction methods and deterioration. As consequence, the definition of the geometric parameters in situ may be both time consuming and costly. This work presents the results of inspections carried out in different timber structures. Based on the obtained results, different simplified geometric models are proposed in order to efficiently model the geometry variations found. Probabilistic modelling techniques are also used to define safety parameters of existing timber structures, when subjected to dead and live loads, namely self-weight and wind actions. The parameters of the models have been defined as probabilistic variables, and safety of a selected case study was assessed using the Monte Carlo simulation technique. Assuming a target reliability index, a model was defined for both the residual cross section and the time dependent deterioration evolution. As a consequence, it was possible to compute probabilities of failure and reliability indices, as well as, time evolution deterioration curves for this structure. The results obtained provide a proposal for definition of the cross section geometric parameters of existing timber structures with different levels of decay, using a simplified probabilistic geometry model and considering a remaining capacity factor for the decayed areas. This model can be used for assessing the safety of the structure at present and for predicting future performance.

Projeto de estabilidade de internato masculino

O presente documento corresponde à realização de um projeto de estruturas em betão armado e estrutura metálica. A escolha deste tema teve como propósito aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo do percurso académico, sobretudo em disciplinas do ramo de estruturas. O trabalho desenvolvido é um Projeto de Estabilidade de Betão Armado e Estrutura Metálica de um Internato Masculino para Padres em Onameva, Cunene – Angola. A elaboração deste projeto decorre da realização de um estágio formal de 8 meses na empresa CALCULUS, Miguel Barros – Engenharia, LDA, com o objetivo principal de reunir os requisitos necessários à admissão na Ordem dos Engenheiros. No contexto laboral de um gabinete de projetos de engenharia civil, foi feita a integração de forma gradual e sustentada das competências adquiridas ao longo da formação académica e vivenciadas situações reais de trabalho profissional. De entre as atividades desenvolvidas no estágio, foi escolhido o projeto de estabilidade acima referido pela oportunidade de realizar todas as etapas do seu desenvolvimento, desde a análise da arquitetura até à elaboração das peças escritas e desenhadas, dando assim resposta às exigências necessárias para a conclusão do Mestrado em Engenharia Civil, no ramo de Estruturas, pelo Instituto Superior de Engenharia do Porto.