Robustness of timber structures in seismic areas

Some of the properties sought in seismic design of buildings are also considered fundamental to guarantee structural robustness. Moreover, some key concepts are common to both seismic and robustness design. In fact, both analyses consider events with a very small probability of occurrence, and consequently, a significant level of damage is admissible. As very rare events,in both cases, the actions are extremely hard to quantify. The acceptance of limited damage requires a system based analysis of structures, rather than an element by element methodology, as employed for other load cases. As for robustness analysis, in seismic design the main objective is to guarantee that the structure survives an earthquake, without extensive damage. In the case of seismic design, this is achieved by guaranteeing the dissipation of energy through plastic hinges distributed in the structure. For this to be possible, some key properties must be assured, in particular ductility and redundancy. The same properties could be fundamental in robustness design, as a structure can only sustain significant damage if capable of distributing stresses to parts of the structure unaffected by the triggering event. Timber is often used for primary load‐bearing elements in single storey long‐span structures for public buildings and arenas, where severe consequences can be expected if one or more of the primary load bearing elements fail. The structural system used for these structures consists of main frames, secondary elements and bracing elements. The main frame, composed by columns and beams, can be seen as key elements in the system and should be designed with high safety against failure and under strict quality control. The main frames may sometimes be designed with moment resisting joints between columns and beams. Scenarios, where one or more of these key elements, fail should be considered at least for high consequence buildings. Two alternative strategies may be applied: isolation of collapsing sections and, provision of alternate load paths [1]. The first one is relatively straightforward to provide by deliberately designing the secondary structural system less strong and stiff. Alternatively, the secondary structural system and the bracing system can be design so that loss of capacity in the main frame does not lead to the collapse. A case study has been selected aiming to assess the consequences of these two different strategies, in particular, under seismic loads.

Earthquakes and robustness for timber structures

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

Projetos de estabilidade e fundações

O presente relatório final refere-se ao trabalho desenvolvido durante o período de estágio curricular enquadrado no ciclo de estudos do segundo ano do Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estágio decorreu ao longo de seis meses, desde Fevereiro até Julho de 2014, na empresa CCAD em ambiente de gabinete, para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil. A abordagem do documento passará por enquadrar o estágio e a sua importância e apresentar a empresa onde teve lugar. Durante os seis meses foram desenvolvidos projetos de estabilidade de estruturas em betão armado, sendo possível analisar e dimensionar os elementos através de programas de cálculo que serão apresentados a seguir. Estabelecem-se recomendações gerais de forma a garantir a durabilidade e o bom comportamento das estruturas. Aborda-se o dimensionamento dos elementos de betão armado, onde se salienta uma atenção especial dada ao controlo da fendilhação. Ao longo do documento serão descritos os projetos elaborados e a área em que estão inseridos. Neste relatório apresentam-se as metodologias para a determinação de armaduras tendo em conta os diversos fatores intervenientes. Finalmente, enunciam-se algumas conclusões de carácter geral decorrentes do trabalho desenvolvido.

Modelação e reforço de vigas de betão armado com laminados de fibra de carbono

Com o atual estado da construção em Portugal, a reabilitação urbana é uma realidade. Com muitos dos edifícios a necessitarem de reforço, procurou-se abordar o comportamento real das estruturas, indo além da típica análise linear elástica. Desta forma, pretendeu-se aumentar o conhecimento acerca da modelação numérica não-linear de estruturas de betão armado, expondo modelos de cálculo relativamente simples e de fácil compreensão, com o objetivo de servir de base a uma avaliação da capacidade de carga de um elemento estrutural. O modelo de cálculo foi validado com recurso ao trabalho experimental de Bresler e Scordelis (1963). Analisou-se o comportamento até à rotura de três vigas ensaiadas à flexão. Posteriormente, foi realizado um estudo paramétrico de algumas propriedades do betão com vista à discussão do melhor de ajuste. Em seguida, já no campo do reforço estrutural, simulou-se numericamente vigas reforçadas com CFRP, com recurso à técnica EBR e NSM. Comparam-se os resultados numéricos com os ensaios experimentais de Cruz et al. (2011a). Avaliou-se ainda o desempenho de soluções alternativas com variações na área e comprimento dos laminados. Para finalizar, foi desenvolvida uma campanha experimental com diferentes áreas de reforço. Conceberam-se e executaram-se três vigas de betão armado sobre as quais se instalaram laminados de CFRP. Os resultados experimentais são apresentados e discutidos à luz dos resultados do respetivo modelo numérico. No cômputo geral, o presente trabalho permitiu aferir a validade de modelos não-lineares na previsão do comportamento efetivo das estruturas até à rotura. Assinala-se a concordância em vários resultados experimentais analisados. Ficaram também patentes os principais fenómenos ligados ao reforço de vigas com CFRP, focados nos respetivos modelos de cálculo e nos resultados experimentais apresentados.

O método de lançamento incremental. Conceitos base e uma aplicação prática

Ao longo desta dissertação, é abordada a temática das obras de arte, focando-se um processo construtivo em particular, que é o Método de Lançamento Incremental. Começa-se por um enquadramento geral da temática das obras de arte, sendo feita a sua descrição, e faz-se uma síntese histórica dos materiais utilizados nas mesmas. De seguida, são apresentados os tipos de tabuleiros existentes e as tipologias estruturais das obras de arte. São mencionados ainda os processos e equipamentos construtivos que são utilizados na sua construção. É, de seguida, feita uma abordagem mais profunda ao processo construtivo alvo desta dissertação, nomeadamente questões de índole prática e de dimensionamento. É feita ainda uma aplicação prática, sendo feito um Estudo Prévio de uma solução para uma obra de arte executada com este processo construtivo. Termina-se indicando aspetos importantes na monitorização das obras de arte executadas pelo processo construtivo alvo desta dissertação, sendo ainda apresentadas as conclusões a que se chegou no final da mesma e possíveis desenvolvimentos futuros.

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

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

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

Projeto de estruturas de edifícios em betão armado apoiado em ferramentas BIM

O presente trabalho refere-se a um relatório de estágio para a conclusão do Mestrado em Engenharia Civil - ramo de Estruturas no Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estágio decorreu na empresa FASE - Estudos e Projectos S.A. durante um período de seis meses. Este documento tem como principal objetivo apresentar o desenvolvimento dos conhecimentos das fases de um projeto de um edifício. Aborda-se a modelação e análise de um edifício alto em betão armado, situado em Moçambique, salientando o dimensionamento dos elementos estruturais. Numa segunda fase, para aprofundar o conceito BIM, propôs-se a integração desta metodologia ao projeto já elaborado tendo em vista a ligação bidirecional dos programas de cálculo com os programas de desenho. Um dos objetivos de elaborar um trabalho em ambiente empresarial é o desenvolvimento de competências socio-profissionais e transversais. Para isso, este trabalho passou também pelo acompanhamento de outros projetos sendo dois deles apresentados no último capítulo.

Adaptação do programa PAC-Pórticos ao EC2 e sua integração com o conceito BIM

Atualmente existe uma grande variedade de programas de cálculo automático de estruturas de betão armado disponíveis no mercado, pois estes, cada vez mais, são inerentes ao desenvolvimento de cada projeto de estruturas. O PAC-Pórticos foi um dos primeiros a chegar ao mercado nacional surgindo no início da década de noventa. Foi totalmente desenvolvido em Portugal, tendo tido bastante sucesso nas suas vendas a nível nacional. O PAC-Pórticos não está preparado para operar diretamente nos mais recentes sistemas operativos nem foi programado para dimensionar os diversos elementos de betão armado seguindo os termos das normas mais recentes (Eurocódigos). O tema do presente trabalho vai de encontro aos atuais problemas do programa, assim sendo, definiu-se como primeiro objetivo a adaptação do PAC-Pórticos à regulamentação europeia para o betão armado. Numa 1ª fase, para a adaptação do PAC-Pórticos aos novos códigos, foi necessário estudar o programa em si, perceber o seu funcionamento e posteriormente realizar uma comparação entre a legislação para qual o software está programado, o Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado (ainda em vigor) e a Norma Europeia correspondente a EN 1992-1-1 (Eurocódigo 2). Seguidamente, procedeu-se ao estudo e adaptação de todas as sub-rotinas de cálculo do PAC-Pórticos para o dimensionamento de vigas e pilares, tendo finalmente sido testado o novo código e comprovados os resultados obtidos com o mesmo. Na realização do presente trabalho, não foi ignorada a importância crescente da metodologia BIM que, nos dias de hoje, tende a ser implementada nos programas de cálculo de engenharia civil. Neste âmbito, o segundo objetivo é o de conseguir visualizar uma solução obtida do PAC-Pórticos numa qualquer ferramenta tridimensional BIM. Para tal, foram ponderadas várias hipóteses, mas optou-se por criar dois plug-in para o programa AutoCAD da Autodesk. O primeiro destes plug-in contempla o desenho das vigas e o segundo para os pilares, ambos em 3D e elaborados de forma automática.

Re-Use Assessment of Thermoset Composite Wastes as Aggregate and Filler Replacement for Concrete-Polymer Composite Materials: A case study regarding GFRP pultrusion wastes

Glass fibre-reinforced plastics (GFRP), nowadays commonly used in the construction, transportation and automobile sectors, have been considered inherently difficult to recycle due to both the cross-linked nature of thermoset resins, which cannot be remoulded, and the complex composition of the composite itself, which includes glass fibres, polymer matrix and different types of inorganic fillers. Hence, to date, most of the thermoset based GFRP waste is being incinerated or landfilled leading to negative environmental impacts and additional costs to producers and suppliers. With an increasing awareness of environmental matters and the subsequent desire to save resources, recycling would convert an expensive waste disposal into a profitable reusable material. In this study, the effect of the incorporation of mechanically recycled GFRP pultrusion wastes on flexural and compressive behaviour of polyester polymer mortars (PM) was assessed. For this purpose, different contents of GFRP recyclates (0%, 4%, 8% and 12%, w/w), with distinct size grades (coarse fibrous mixture and fine powdered mixture), were incorporated into polyester PM as sand aggregates and filler replacements. The effect of the incorporation of a silane coupling agent was also assessed. Experimental results revealed that GFRP waste filled polymer mortars show improved mechanical behaviour over unmodified polyester based mortars, thus indicating the feasibility of GFRP waste reuse as raw material in concrete-polymer composites.

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.

Inspeção e reabilitação de estruturas de betão armado

O setor da reabilitação em Portugal tem vindo a crescer consideravelmente ao longo dos últimos anos, demonstrando uma consciencialização da sociedade e das entidades competentes para definição de estratégias e planeamento, para uma manutenção das estruturas atempada de modo a prevenir patologias que provocam a sua degradação. O presente trabalho pretende fazer uma síntese das técnicas de proteção e reparação das estruturas de betão armado, efetuando também ensaios para determinação das causas das anomalias que levaram à sua reparação. O projeto de reabilitação deve seguir as recomendações indicadas nos Eurocódigos e norma EN1504 sobre produtos e sistemas para a proteção e reparação das estruturas de betão. Segundo esta norma explicam – se as principais causas de deterioração das estruturas de betão armado e os sintomas que estão na base dessa deterioração. Desta forma são descritos os métodos de intervenção, explicando o seu funcionamento e modo mais adequado de utilização com indicação dos produtos adequados para cada intervenção. Para aplicação do referido nos parágrafos anteriores desenvolveu-se uma proposta de fichas de inspeção, através de levantamento fotográfico e registo das anomalias e suas causas e ensaios não destrutivos de modo a perceber o estado atual da estrutura para uma melhor compreensão da metodologia de reparação a seguir

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.