Análise de verificações indirectas do EC2 para a deformação de lajes e vigas

O presente trabalho tem como objetivo avaliar os limites de esbelteza preconizados nos regulamentos e normas utilizados em Portugal relativamente ao estado limite de deformação. Serão comparados diretamente para os mesmos vãos, os conceitos de verificação indireta de deformação do Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP) e do Eurocódigo 2: Parte 1–1 (EC2-1-1), para lajes e vigas. Inicialmente será efetuado um estudo académico paramétrico, onde são avaliadas as flechas verticais em serviço para diferentes vãos, condições de apoio e geometria em planta. São comparados inicialmente os valores das flechas para análises lineares, usando as tabelas de Bares e modelos de elementos finitos com o software comercial SAP2000, de maneira a validar o modelo. De seguida são aplicados os métodos simplificativos de cálculo de flechas a longo prazo usando os ábacos do Comité Euro-International du Béton (CEB). Estes valores são depois comparados com as análises fisicamente não lineares em estado fendilhado a longo prazo com o SAP2000. O objetivo principal é portanto estabelecer comparações entre os dois métodos de análise pretendendo-se mostrar que a modelação com elementos finitos conduz a valores de deformações inferiores ao cálculo analítico permitindo uma maior economia no dimensionamento de elementos estruturais. Para finalizar é apresentado um manual de utilizador com o intuito de auxiliar o processo de modelação de elementos estruturais com elementos finitos não lineares utilizando o programa referido.

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.

Avaliação do comportamento dinâmico de uma chaminé de equilíbrio

As alterações ao escoamento dão origem a transitórios, caracterizados pela variação temporal da velocidade e da pressão ao longo da conduta. No contexto das instalações hidráulicas é de extrema importância quantificar as pressões máximas e mínimas resultantes do regime transitório para poder proceder ao correcto dimensionamento das condutas e se necessário introduzir dispositivos de protecção do sistema. Neste trabalho estudam-se as chaminés de equilíbrio caracterizando o seu efeito no amortecimento do fenómeno transiente. Para simular numericamente sistemas típicos foi utilizado um código numérico baseado no método das características. As instalações simuladas foram escolhidas de forma a estudar separadamente a influência da área transversal da chaminé, da existência de câmaras e de uma perda de carga. Os resultados obtidos permitiram concluir que o contínuo aumento de área da chaminé deixa de ser viável do ponto de vista económico por não representar um amortecimento significativo das variações de pressão, sendo a inclusão de câmaras de expansão e alimentação na chaminé uma melhor solução. O estudo da perda de carga permitiu propor um método para optimizar a perda de carga simétrica óptima para uma dada instalação. O mesmo tipo de metodologia permitiu obter uma melhor solução por inclusão de perda de carga assimétrica.

Implementação de um espectrómetro de massa do tipo tempo de voo reflectrão

Processos de troca de carga em colisões átomo-molécula têm elevada importância em estudos a nível molecular pois encontram-se presentes em diversos mecanismos. Após interacção do átomo dador de electrão (potássio) com o alvo molecular em fase gasosa, há transferência de electrão para este, promovendo a formação de iões negativos. Os fragmentos aniónicos formados são analisados pela razão massa/carga recorrendo à técnica de espectrometria de massa do tipo tempo de voo. O aparelho de feixes cruzados existente no Laboratório de Colisões Atómicas e Moleculares do CEFITEC, é constituído por um espectrómetro de massa do tipo tempo de voo linear com uma resolução em massa de 120. De forma a aumentar o poder de resolução para cerca de 3000, no âmbito desta dissertação procedeu-se ao dimensionamento de um espectrómetro de massa do tipo tempo de voo reflectrão, a instalar oportunamente. Simultaneamente foram estudados processos de troca de carga em colisões de potássio-adenina. Os padrões de fragmentação obtidos nestes processos foram analisados tendo em conta a energia de colisão do feixe incidente. Adicionalmente, e de forma a complementar estes estudos, foram analisados vários caminhos de fragmentação através de métodos de teoria de densidade de funcional (DFT), com os funcionais BLYP, B3LYP e CAM-B3LYP.

Estudo técnico-económico de um sistema solar termoelétrico com back-up a biomassa

Este trabalho consistiu no estudo técnico-económico (dimensionamento) de uma central térmica solar de torre norte, com back-up a biomassa (pellets) para produção de energia elétrica. A partir da plataforma PVGIS obteve-se a irradiação normal direta, DNI, da região do Alentejo, Portugal, segundo critérios descritos na secção 3.1. O valor anual obtido foi de 2319 !"ℎ/%&, valor este que foi convertido em energia elétrica, obtendo-se, assim, um montante de 105.761.800 kWh por ano, em 25 anos. Estas importâncias foram obtidas através dos equipamentos que constituem a central, entre eles o campo solar (composto por 2067 helióstatos com área total de 188097 %&), a torre (convertendo a concentração da DNI para energia térmica ao fluído de transferência de calor, HTF), o bloco de potência (composta por permutador de calor, turbina, gerador elétrico e outros) e com ajuda de uma caldeira a biomassa (pellets) que consome cerca de 24.001,23 toneladas de pellets por ano. O estudo económico foi realizado num modelo executável no Excel, calculando, assim, o custo total do sistema, 138.515.886,87 €. A partir deste valor calcularam-se os indicadores económicos (Valor Atualizado Líquido, VAL=-12.282540,28 €) com uma tarifa bonificada de 0,22114 €/kWh, que indica que o sistema termo solar com back-up a biomassa (pellets) não é viável economicamente (e o mesmo acontece com o sistema termo solar sem a biomassa). O dimensionamento técnico do sistema CSP de torre é feito a partir de um modelo matemático executado em Excel e MatLab e pelo software System Advisor Model, SAM e o da caldeira a pellets é concretizado também no Excel. Os resultados do modelo matemático foram comparados com os valores obtidos no SAM para o mês típico de julho comprovando, assim, as fórmulas e conceitos contidos no estado da arte. Realizou-se, também, uma comparação dos valores anuais do sistema obtidos no SAM com os valores reais da Gemasolar (em Espanha), demonstrando então a veracidade dos valores obtidos no dimensionamento feito para Portugal.

Integração de energias renováveis num modelo de edifício de Balanço Energético Quase Zero (NZEB)

Neste estudo aborda-se o novo conceito dos edifícios com necessidades quase nulas de energia (Nearly Zero Energy Buildings, NZEB) no parque edificado Europeu, nomeadamente os edifícios de habitação que serão construídos a partir de 2020. Estes edifícios terão que respeitar os requisitos mínimos de eficiência energética de modo a reduzir a dependência dos combustíveis fósseis que tem vindo a aumentar significativamente ao longo dos últimos anos. Ao longo deste trabalho foi modelado e dimensionado um edifício de habitação unifamiliar situado na zona de Lisboa e recorreu-se a técnicas e estratégias que aumentam a eficiência energética do mesmo. Este dimensionamento foi feito recorrendo ao software DesignBuilder, tendo sido em seguida efetuada uma análise energética, com recurso ao software EnergyPlus. Posteriormente à análise estar feita, realizou-se um estudo utilizando o software SolTerm para se integrar sistemas de produção de energia renovável no edifício, de modo a tentar suprir as necessidades energéticas do edifício no que se refere a aquecimento ambiente, águas quentes sanitárias (AQS) e necessidades elétricas. Para suprir as necessidades de arrefecimento e aquecimento que o sistema solar térmico não tem capacidade de suprir foi introduzida uma bomba de calor, reduzindo assim o consumo elétrico tornando o edifício mais sustentável. Já para produção de energia elétrica foi inserido um sistema solar fotovoltaico. Foi avaliada também nesta fase a relação custo-benefício da aplicação de cada um destes sistemas, de modo a escolher aquele que maximiza o suprimento das necessidades e que ao mesmo tempo é economicamente viável. Por último foi realizada uma análise crítica aos resultados obtidos e é feito o enquadramento com o que é pretendido num edifício NZEB.

Modelação numérica da reflexão e do espraiamento em praias e em estruturas marítimas

As preocupações de projetistas na conceção de estruturas marítimas utilizando modelos numéricos como ferramentas de dimensionamento, prendem-se com a sua fiabilidade, tempo de processamento e precisão. Assim, a calibração e validação de modelos numéricos é essencial para os tornar ferramentas úteis para o projeto de obras marítimas. A presente dissertação tem como objetivo a calibração e validação do modelo numérico AMAZON, baseado na teoria da onda em condições de águas pouco profundas, para dois casos de estudo distintos com base em dados de ensaios realizados anteriormente. O primeiro caso consiste no estudo do espraiamento numa praia barra-fossa cujas condições de batimetria, nível da água e condições de agitação marítima inseridas no AMAZON correspondem às de ensaios em modelo físico realizados à escala 1:5 na Universidade Politécnica da Catalunha, Barcelona. Como o modelo utiliza parâmetros que devem ser calibrados, na sua aplicação e exploração realizou-se um estudo de sensibilidade a esses parâmetros. Com base nos resultados do AMAZON, utilizaram-se programas desenvolvidos em MatLab para o cálculo do espraiamento e do coeficiente de reflexão e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Verificou-se que os resultados do AMAZON são bastante próximos dos valores obtidos pelos ensaios. O segundo caso consiste no estudo de uma estrutura conversora de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante - OWC-WEC (Oscillating Water Column - Wave Energy Converter), para a qual o modelo AMAZON nunca tinha sido utilizado. Os dados introduzidos no modelo relativos ao perfil da estrutura, nível da água e condições de agitação correspondem aos dos ensaios realizados à escala 1:35 no LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil). Realizou-se um estudo de sensibilidade dos parâmetros do modelo no que respeita à elevação da superfície livre junto e no interior da câmara de água, ao fator de amplificação e ao desfasamento, e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Os resultados do AMAZON constituem um incentivo para a realização e/ou análise de ensaios para diferentes profundidades, aberturas da parede vertical da câmara de água e períodos de onda incidente, que permitam calibração e validação adicionais dos parâmetros do modelo.

Avaliação da capacidade resistente de placas de ancoragem em condições drenadas

Esta dissertação tem por objetivo ser um contributo para o dimensionamento de placas de ancoragem dispostas verticalmente em solos respondendo em condições drenadas. Para tal, recorre-se a um programa de elementos fnitos que implementa os teoremas estático e cinemático da análise limite para o cálculo da carga última de uma placa de ancoragem. O documento mostra o estudo efetuado sobre a infuência dos parâmetros, quer geométricos, quer mecânicos, tanto do maciço como da placa, sobre a capacidade de carga registada. Do ponto de vista geométrico foi estudada em condições bidimensionais a infuência da profundidade relativa da colocação da placa. Em condições tridimensionais, para além deste aspeto, foi também estudada a infuência da largura da placa. Do ponto de vista mecânico estudou-se a infuência na capacidade de carga do ângulo de resistência ao corte assim como da rugosidade da placa. Os resultados deste estudo são apresentados sob a forma de fatores de arrancamento em função dos diversos parâmetros estudados. Os resultados obtidos são comparados com os resultados de carácter experimental e numérico teórico de outros autores encontrados na literatura. No final do trabalho, apresenta-se uma proposta sob forma gráfica de uma relação entre as capacidades de carga de uma placa finita e de uma placa corrida.

Caracterização de novas tipologias de fibras sintéticas

Este estudo realizou-se nas instalações da FISIPE e teve como objectivo a caracterização de novas tipologias de fibras, no âmbito do controlo do processo e da qualidade do produto final. Assim, pretendeu-se cumprir os seguintes objectivos: i. Validação da substituição dos viscosímetros de Cannon-Fenske por viscosímetros de Ubbelohde; ii. Caracterização da granulometria para uma nova tipologia de fibra; iii. Caracterização da densidade aparente de um novo polímero; iv. Desenvolvimento de uma técnica de quantificação de comonómeros vinílicos; v. Quantificação da porosidade da fibra de poliacrilonitrilo (PAN). No âmbito do objectivo i., concretizaram-se medições de viscosidade manuais recorrendo a viscosímetros de Ubbelohde. Verificou-se que esta propriedade não influencia os valores de especificação de NSP estabelecidos, pelo que é possível a substituição dos viscosímetros de Cannon-Fenske por viscosímetros de Ubbelohde. Para análise da evolução da granulometria, do novo polímero em estudo, ao longo da reacção de polimerização, variou-se a proporção água/monómero. Não foi possível obter-se uma distribuição de tamanhos de partícula (DTP) monodispersa, pelo que se conclui que nos estudos efectuados não se atingiu o estado estacionário em termos de distribuição granulométrica. A densidade aparente foi medida para avaliação do seu impacto na transferência (por transporte pneumático) e armazenamento do polímero. Este parâmetro é particularmente relevante no dimensionamento dos silos de armazenagem. Verificou-se que o novo polímero tem uma menor densidade aparente e consequentemente ocupa maior volume comparativamente ao polímero padrão. Portanto, silos de armazenagem de dimensão similar aos actuais irão armazenar uma menor quantidade do novo polímero. Estudou-se uma técnica de quantificação de comonómeros vinílicos. Verificou-se que os tempos das reacções e de banho de gelo influenciam os resultados finais, bem como, possivelmente, as condições de armazenagem dos reagentes. Devido à insuficiência de tempo, não foi possível validar o método. A porosidade da fibra de poliacrilonitrilo (PAN) foi caracterizada por picnometria de hélio. Concluiu-se que esta técnica não é sensível a esta análise. Por porosimetria de mercúrio e adsorção de azoto, verificou-se a inexistência de poros abertos na fibra PAN.

Modelação para apoio ao projeto de armazéns verticais rotativos

Hoje em dia, os engenheiros projetistas têm um papel fundamental na indústria ligada a qualquer tipo de produto. São eles os responsáveis pela conceção estrutural, pela previsão das cargas que atuam na estrutura, pelas soluções construtivas, pelo cálculo dos esforços e deformações que possam vir a existir, pelo dimensionamento das peças constituintes e finalmente, pelos pequenos detalhes necessários para se conseguir executar completamente. Resumidamente, são eles que estão por detrás de todo o processo produtivo. Devido a todas estas tarefas a que o engenheiro tem que desempenhar, este trabalho torna-se bastante desgastante a nível psicológico, no entanto, têm sido desenvolvidos instrumentos de apoio que tornam o seu trabalho mais fácil. A presente dissertação focou-se num tipo de máquinas em específico, os armazéns verticais rotativos, e tem como objetivo auxiliar, de algum modo, os projetistas que se deparem com a tarefa de ter que projetar uma máquina deste tipo. Funcionando como mais um instrumento de auxílio às tarefas de projeto destes engenheiros, esta tese pretende mostrar as condicionantes a ter em conta quando se quer projetar uma máquina deste tipo, bem como, a partir das especificações das dimensões e quantidades a armazenar, fornecer os parâmetros de projeto principais para o dimensionamento funcional e geométrico do elevador vertical rotativo a projetar, poupando assim, muito trabalho e tempo ao engenheiro que tiver a seu cargo o projeto deste tipo de máquina. Nesta dissertação não são apresentados cálculos com valores numéricos, sendo apresentadas as relações existentes entre os vários parâmetros de projeto, o que faz com que esta máquina possa ter várias configurações consoante as especificações de cada caso. Através das expressões deduzidas nesta dissertação, vai ser possível observar que estamos perante um projeto acoplado, o que faz com que tenhamos que adotar certas condições, de maneira a conseguir torná-lo num projeto desacoplado, o que faz também com que a máquina em si se torne mais limitada em certos aspetos.

High strain rate constitutive modeling forhistorical structures subjected to blast loading

Doctoral Thesis Civil Engineering

Modelos de apoio às decisão na conceção e planeamento de um armazém

Programa Doutoral em Engenharia Industrial e de Sistemas.

Desenvolvimento e projeto de colhedora de babaçu (Orbignya phalerata Mart.) para agricultura familiar nas regiões de matas de transição da Amazônia

O babaçu (Orbignya phalerata) é uma típica palmeira das matas de transição dos ecossistemas Amazônia/Cerrado e Amazônia/Caatinga, sendo de grande importância econômica, social e ambiental nestas regiões. Os produtos advindos dos babaçuais possibilitam renda para uma das camadas mais pobres da região amazônica e um dos entraves para a obtenção eficiente destes produtos é a colheita dos cocos de babaçu, que atualmente se faz no sistema extrativista. O objetivo deste trabalho foi realizar o desenvolvimento e projeto de uma colhedora de babaçu adaptável ao ambiente de trabalho da agricultura familiar e as características das matas de transição amazônicas. Para tal foram realizados estudos de literatura que nortearam as decisões e simplificações de projeto, assim como foram realizados os cálculos e desenhos da nova colhedora. O projeto foi realizado através de ferramentas de engenharia que apresentaram como resultados o memorial de cálculo que descreve o caminho técnico para o dimensionamento dos elementos constituintes da colhedora e a partir destes os desenhos detalhados dos elementos da nova máquina. Pelos desenhos detalhados suas considerações e decisões concluí-se que a colhedora de babaçu apresenta-se passível de ser construída com materiais nacionais de baixo custo, além de fácil operação, manutenção e com mínimo efeito sobre os babaçuais naturais.

Otimização das características de um chassis tubular de automóvel de competição com tração a duas rodas motrizes

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Estudo, projeto e desenvolvimento de uma máquina para montar e vincar sacos de papel

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica