Lime mortars with brick dust and grounded particles for ancient masonry: development and evaluation

HMC08 - 1st Historical Mortars Conference: Characterization, Diagnosis, Conservation, Repair and Compatibilit, LNEC, Lisbon, 24-26 September 2008

Study on the valorization routes of ashes from thermoelectric power plants working under mono-and co-combustion regimes

Thesis submitted to obtain the Doctoral degree in Energy and Bioenergy

Testing the Freeze/Thaw Cycles in Lime Mortar

2nd Historic Mortars Conference - HMC 2010 and RILEM TC 203-RHM Final Workshop, Prague, September 2010

Electrodialytic remediation of two types of air pollution control residues and their applicability in construction materials

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente Perfil de Engenharia de Sistemas Ambientais

Potential for ORC application in the Portuguese manufacturing industry

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais

Incorporação de resíduos de cerâmica em argamassas de cal aérea

Sabe-se que aproximadamente 30% do material produzido pela indústria cerâmica é considerado desperdício e, frequentemente, depositado em aterro, com o impacto ambiental negativo que acarreta. Esta tem sido uma das grandes motivações para a crescente investigação que tem sido levada a cabo a fim de obter soluções viáveis para a sua reintrodução no processo produtivo. A viabilidade do uso de resíduos de material cerâmico tem vindo a ser avaliada, principalmente, na incorporação em betões ou em argamassas com base em cimento. Na antiguidade e na ausência de pozolanas naturais, eram frequentemente utilizados resíduos cerâmicos moídos, atuando como pozolanas artificiais e conferindo algumas características hidráulicas e de durabilidade às argamassas de cal aérea. Temse efetivamente constatado que alguns pós resultantes de desperdícios de cerâmica de barro vermelho, nomeadamente os que foram sujeitos a tratamento térmico a temperaturas inferiores a 900°C e moídos em granulometria fina, podem funcionar como pozolanas artificiais em argamassas. A introdução de resíduos de cerâmica em granulometria mais grossa nas argamassas, como agregado, pode também revelarse vantajoso, na medida em que permite substituir parcialmente a areia normalmente utilizada. Assim sendo, o recurso aos resíduos de cerâmica pode ser muito vantajoso em três vertentes principais: a redução de resíduos a depositar em aterro, a redução da extração de rochas para serem utilizadas na produção de ligantes e de areias e a produção de argamassas com comportamentos melhorados. Com o objetivo de analisar a viabilidade da introdução de resíduos de cerâmica em argamassas, que se pretendem sejam, essencialmente, adequadas como argamassas de substituição, tem vindo a ser desenvolvida investigação na Universidade de Coimbra em colaboração com a Universidade Nova de Lisboa. O trabalho que se apresenta neste artigo é uma pequena parte dessa investigação. Toda esta investigação tem tido o apoio de um projeto de investigação financiado pela FCT.

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

Context-based identification of energy consumption in industrial plants

Nowadays, reducing energy consumption is one of the highest priorities and biggest challenges faced worldwide and in particular in the industrial sector. Given the increasing trend of consumption and the current economical crisis, identifying cost reductions on the most energy-intensive sectors has become one of the main concerns among companies and researchers. Particularly in industrial environments, energy consumption is affected by several factors, namely production factors(e.g. equipments), human (e.g. operators experience), environmental (e.g. temperature), among others, which influence the way of how energy is used across the plant. Therefore, several approaches for identifying consumption causes have been suggested and discussed. However, the existing methods only provide guidelines for energy consumption and have shown difficulties in explaining certain energy consumption patterns due to the lack of structure to incorporate context influence, hence are not able to track down the causes of consumption to a process level, where optimization measures can actually take place. This dissertation proposes a new approach to tackle this issue, by on-line estimation of context-based energy consumption models, which are able to map operating context to consumption patterns. Context identification is performed by regression tree algorithms. Energy consumption estimation is achieved by means of a multi-model architecture using multiple RLS algorithms, locally estimated for each operating context. Lastly, the proposed approach is applied to a real cement plant grinding circuit. Experimental results prove the viability of the overall system, regarding both automatic context identification and energy consumption estimation.

Método dos elementos aplicados na simulação numérica do arrancamento de armaduras

Uma das propriedades do betão armado que foi alvo de maior número de estudos, ao longo dos tempos, é a aderência. Esta é uma das propriedades mais importantes a considerar na construção, pois dela depende o desempenho e estabilidade de uma estrutura. Dada a sua importância, a aderência é a propriedade do betão armado mais estudada ao longo do tempo. A complexidade inerente a esta propriedade torna difícil de compreender e prever o comportamento estrutural. Esta dissertação pretende analisar a capacidade do Método dos Elementos Aplicados em simular o ensaio de arrancamento directo e de reproduzir modos de rotura. Este ensaio, denominado de pull-out test, estuda a aderência entre três materiais: o aço, o betão e o grout. Vários tipos de ligações, com diferentes modos de rotura, são simulados e comparados com um ensaio experimental referido na revisão bibliográfica. Assim, recorrer-se-á ao programa Extreme Loading for Structures, que tem como base o Método dos Elementos Aplicados. Através de uma análise de sensibilidade foi possível calibrar as propriedades dos diferentes elementos e das interfaces entre o betão, aço e grout, de modo a viabilizar o cálculo da força crítica das ligações e reproduzir os modos de rotura observados experimentalmente. Este trabalho pretende dar uma contribuição ao conhecimento no âmbito da simulação numérica, em relação a este tipo de ligações, e ajudar à criação de modelos numéricos fiáveis e eficientes de fácil e rápida execução. Esta dissertação permite concluir que o Método dos Elementos Aplicados, apresenta-se como uma boa solução para o estudo deste tipo de ligações. Os resultados numéricos tiveram uma boa aproximação dos resultados experimentais. Em conformidade com a análise experimental, as ligações com bainha de pré-esforço e comprimento de embebimento a partir de 15 cm são as que melhor desempenho têm ao nível da resistência.

The refinancing of Cimpor- Case study

The present case is about the refinancing of Cimpor, a highly profitable Portuguese cement group that encounters a set of obstacles in its debt restructuring. The case is intended to be used in a Corporate Finance class and is divided in three distinct parts: a case A which presents a detailed description of the internal and external events that increased Cimpor’s refinancing risk, a case B which informs the audience of the outcome of the refinancing process, and a Teaching Note with suggested questions and answers to be used in class. Key words:

Novel antibiotic-loaded orthopaedic bone cements: insights on drug release profiles and biocompatibility

Acrylic bone cement (BC) is widely used as an anchor of artificial joints. Bacterial infection due to biofilm formation and inflammation are common and difficult to treat problems associated with commercial available BC formulations. Research on novel BC compositions is urgently needed. The main objective of this thesis was to develop a new biocompatible antibiotic-loaded BC with improved release profile. To achieve that aim several additives were incorporated, as an antibiotic (levofloxacin) to combat bacterial growth, an anti-inflammatory drug (diclofenac) to decrease the inflammatory process and two well-known and broadly used biopolymers, alginate and chitosan in order to increase matrix porosity, and in this way to intensify the amount of released drug. Novel BC formulations were tested in order to find the most suitable one that had potential to proceed to clinical application. Numerous tests were conducted as: a) evaluation of drug release profiles in different biomimetic media, b) mechanical and surface studies, c) microbiological activity testing against Staphylococcus aureus and d) in vitro biocompatibility assays (fibroblasts and osteoblasts). In general, the addition of biopolymers increased drug release, didn’t compromised BC mechanical properties and increased BC hydrophilicity. Microbiological testing revealed that Lev[BC]Chi was the only matrix that reduced significantly biofilm formation. On the contrary, alginate and diclofenac loading into BC seemed to increase biofilm growth. Biocompatibility studies showed some decrease in cell viability, in particularly on osteoblasts, mainly due to the high amounts of released drugs. In conclusion, the present work has shown that the matrix with more potential to proceed in further investigations was Lev[BC]Chi. Other conditions (namely additives and drugs concentrations) should be evaluated with the other tested BC matrices before being discharged.

Influência da exsudação e da perda de água nas propriedades reológicas de grouts

A sociedade dispõe hoje de um vasto património edificado que na maioria dos casos necessita de conservação para que continue a corresponder às necessidades e expectativas das comunidades. A alvenaria de pedra de múltiplos panos apresenta-se como a solução construtiva mais comum nos centros urbanos europeus. No entanto, a sua conservação requer na maioria das vezes intervenções de consolidação com vista à melhoria das suas características mecânicas e consequente integridade estrutural. A técnica de consolidação por injeção de grouts é uma das mais utilizadas neste tipo de solução construtiva. O trabalho aqui apresentado teve como objetivo contribuir para o conhecimento dos grouts, à base de cal hidráulica, para injeção em alvenarias antigas de três panos. Concretamente, sobre a influência da perda de água e da exsudação nas suas propriedades reológicas. É sabido, que as propriedades no estado fresco dos grouts condicionam a resistência mecânica e durabilidade no estado sólido. Essas estão dependentes da capacidade de penetração nas fendas da alvenaria, preenchimento uniforme dos vazios e da manutenção da homogeneidade do grout, ao longo de todo o processo de reforço. Neste sentido, definiu-se para a campanha experimental a realização de dois tipos de ensaios: fluidez-estabilidade e reométricos, de forma a quantificar os parâmetros definidos, genericamente, pelas propriedades em cima referidas. Durante os ensaios com o reómetro rotacional (pratos paralelos), investigou-se o fenómeno de escorregamento para três formulações de grouts. Foi possível correlacionar a ocorrência deste fenómeno com as condições de ensaio no reómetro (tensão e taxas de corte aplicadas e gap) e com a sua composição, nomeadamente o rácio entre água/ligante. Propôs-se, também, a colagem de uma lixa na superfície da geometria do reómetro, de forma a mitigar a subestimação dos parâmetros reológicos, introduzidas pelo escorregamento.

Análise experimental da resistência ao corte do núcleo interior de alvenarias de pano múltiplo consolidadas com injecção de grouts

A quantidade de edifícios em degradação em Portugal que necessita de reabilitação é bastante elevada. As alvenarias antigas e históricas por vezes apresentam um estado avançado de degradação por ineficiente concepção ou por falta de manutenção. Desta forma as alvenarias necessitam de acções de reforço e consolidação com o intuito de fortalecer as suas resistências a diversos tipos de carregamentos. A presente dissertação está relacionada com uma técnica de consolidação das mais utilizadas e actuais, a injecção de grouts em alvenarias. O reforço por injecção de grouts é bastante utilizado em alvenarias de pano múltiplo, onde permite uma maior coesão entre materiais, uniformidade de tensões e continuidade de panos. Os principais objectivos de consolidação de uma alvenaria através da técnica de injecção de grouts são: a ocupação de espaços vazios de forma a aumentar a sua rigidez e a sua resistência; e o restabelecimento das ligações entre panos que ao longo do tempo deixou de existir, ou seja, um comportamento monolítico quando aplicado um carregamento vertical ou horizontal como um sismo. Daí a importância da análise de resistência ao corte numa da alvenaria de pano múltiplo. O presente trabalho teve uma componente laboratorial muito extensa, onde se efectuou injecções em modelos paralelipipédicos simulando o núcleo interior de uma parede de alvenaria antiga. O grout constituído por cal hidraúlica, superplastificante e água foi injectado no molde com um dos meios porosos de um dos dois materiais, calcário ou cerâmico. Após a cura cortaram-se em fatias os provetes e analisou-se a velocidade de propagação de ultra-sons com dois tipos de trandutores (cilíndricos e cónicos). Os ensaios mecânicos utilizados foram o diagonal test e o ensaio de corte directo de modo a determinar a resistência ao corte e finalmente comparou-se os valores dos ensaios para determinação das propriedades. Ainda com o intuito de avaliar as ligações grout-partícula do meio poroso foram avaliadas algumas fotografias tiradas a partir da lupa binocular. A técnica de injecção de grouts demonstrou-se uma técnica muito interessante e eficiente na análise de corte, no entanto esta técnica apresenta melhores resultados quando é utilizada em consonância com outras técnicas.

Characterization of earth-based mortars for rammed earth repair

All over the world, many earth buildings are deteriorating due to lack of maintenance and repair. Repairs on rammed earth walls are mainly done with mortars, by rendering application; however, often the repair is inadequate, resorting to the use of incompatible materials, including cement-based mortars. It has been observed that such interventions, in walls that until that day only had presented natural ageing issues, created new problems, much more dangerous for the building than the previous ones, causing serious deficiencies in this type of construction. One of the problems is that the detachment of the new cement-based mortar rendering only occurs after some time but, until that occurrence, degradations develop in the wall itself. When the render detaches, instead of needing only a new render, the surface has to be repaired in depth, with a repair mortar. Consequently, it has been stablished that the renders, and particularly repair mortars, should have physical, mechanical and chemical properties similar to those of the rammed earth walls. This article intends to contribute to a better knowledge of earth-based mortars used to repair the surface of rammed earth walls. The studied mortars are based on four types of earth: three of them were collected from non-deteriorated parts of walls of unstabilized rammed earth buildings located in Alentejo region, south of Portugal; the fourth is a commercial earth, consisting mainly of clay. Other components were also used, particularly: sand to control shrinkage; binders stabilizers such as dry hydrated air-lime, natural hydraulic lime, Portland cement and natural cement; as well as natural vegetal fibers (hemp fibers). The experimental analysis of the mortars in the fresh state consisted in determining the consistency by flow table and the bulk density. In the hardened state, the tests made it possible to evaluate the following properties: linear and volumetric shrinkage; capillary water absorption; drying capacity; dynamic modulus of elasticity; flexural and compressive strength.

Análise da influência da alteração do ângulo de contacto na injectabilidade de grouts

Actualmente, a grande maioria dos monumentos e edifícios antigos que constituem os centros históricos e urbanos necessitam de profundas intervenções de reabilitação. Um dos seus principais problemas incide sobre as alvenarias de pedra que, devido à sua heterogeneidade, apresentam limitações a nível estrutural. Neste contexto, e também para correcção de outras anomalias existentes, são realizadas intervenções de consolidação de modo a torná-las funcionais e seguras face às exigências actuais. Uma das técnicas mais utilizadas de consolidação dessas alvenarias é a injecção de grouts, que tem sido considerada adequada no restabelecimento da compacidade, uniformidade de tensões e continuidade entre diferentes panos de alvenaria antiga. A utilização desta técnica de consolidação tem como objectivo não só aumentar a compacidade da parede de alvenaria através do preenchimento dos vazios existentes e, consequentemente, a resistência mecânica do meio injectado, mas também criar uma ligação entre os diferentes panos, incrementando o comportamento monolítico da alvenaria. Outro aspecto não menos importante a ter em conta numa injecção de grout reside na compatibilidade com os materiais existentes. Neste estudo, optou-se pela utilização de um grout a base de cal hidráulica tendo em conta as suas características química, física e mecânica com os materiais de alvenarias antigas. O grout deve ser concebido de forma a obter o melhor desempenho, quer a nível de injectabilidade, quer de durabilidade. Assim, optou-se por fazer um estudo prévio da composição do grout considerando-se a presença de diferentes quantidades de superplastificante. Aliás, o estudo das características do meio poroso considera-se tão relevante como o estudo das características do grout. Após inserido no meio poroso, devido às características de absorção das partículas constituintes do meio, o grout vai perdendo as suas propriedades (perda de água da sua composição), surgindo consequentemente problemas de penetração do grout. Neste sentido, no presente trabalho é abordado um novo factor no processo de injecção que tem como objectivo diminuir esse efeito de sucção da água constituinte do grout por parte do meio poroso, através da alteração do ângulo de contacto entre o grout e o meio poroso. Com o intuito de estudar o factor diferenciador da injecção referido e de avaliar a eficiência da injecção de grouts nesses meios porosos, procedeu-se à criação de modelos que simulassem, com a maior fiabilidade possível, diferentes permeabilidades passíveis de caracterizar o núcleo interior de alvenarias antigas. De modo a avaliar a qualidade destas injecções de grout recorreu-se a ensaios de ultra-sons e à técnica de tomografia ultra-sónica. A combinação destas técnicas de análise não-destrutivas revelou-se de grande utilidade na aferição da morfologia interna dos modelos criados, permitindo a obtenção de informações qualitativas e quantitativas sobre os meios porosos em estudo. Foram também realizados ensaios de resistência à tracção por compressão diametral de forma a conhecer as resistências mecânicas e as respectivas relações com a qualidade de injecção dos meios porosos.