Dimensionamento de um edifício misto de receção de areias e pirites

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Pontes pedonais em madeira lamelada colada:caracterização, dimensionamento, patologia e conservação

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Projeto de uma ponte atirantada rodoferroviária sobre o rio Lima, Viana do Castelo

Trabalho académico com o objetivo do autor desenvolver um estudo prévio e um projeto de uma travessia sobre o rio Lima, na cidade de Viana do Castelo constituída por uma ponte de tirantes rodoferroviária. O projeto académico visa, também, desenvolver e compreender: os conceitos básicos, as metodologias de conceção, e o funcionamento de estruturas desse género. O motivo principal da escolha do tema é a necessidade de uma alternativa à ponte Eiffel em Viana do Castelo, e juntando o facto de em Portugal não existir nenhuma obra de arte de tirantes rodoferroviária até ao presente, seria interessante estudar e projetar uma estrutura rodoferroviária de tirantes. Das diversas possibilidades de sistemas estruturais estudados, adotou-se uma ponte que acomodará 4 vias rodoviárias e 2 vias ferroviárias, com um desenvolvimento total de 660 metros, constituída por dois vãos laterais com 165 metros cada um, e com um vão central de 330 metros. A obra de arte será em semi-leque com dois planos de tirantes, ancorados a duas torres de betão em Y invertido de altura aproximadamente de 110 metros. O tabuleiro será duplo misto aço-betão, constituído por duas vigas trianguladas do tipo Warren, e por carlingas, afastadas entre si de 15 metros com secções tubulares metálicas de espessura variável. As carlingas ao nível superior suportam a laje de betão, que constitui a rodovia, e inferiormente, suportam outra laje de betão para a parte ferroviária. O trabalho inicia-se com o enquadramento conceptual geral da envolvente da obra de arte, seguidamente com apresentação da evolução histórica ao longo do tempo das pontes de tirantes, e à apresentação de algumas pontes rodoferroviárias de tirantes. É realizada uma análise preliminar, onde se estudam as restrições, as condicionantes, o local de implantação, e o sistema da configuração geométrica a adotar na conceção estrutural. São descritos todos os tipos de materiais, equipamentos a utilizar, bem como as suas características mecânicas necessárias para o cálculo estrutural. A quantificação das ações e das combinações de cálculo efetuaram-se de acordo com as normas em vigor nacionais e europeias, designadamente os Eurocódigos das várias especialidades e o Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes. Efetuou-se um pré-dimensionamento e uma otimização de vários sistemas estruturais possíveis de todos os elementos estruturais, tendo em conta variáveis de estudo como a economia e a resistência estrutural das secções, por forma a chegar à solução final. A estrutura foi discretizada e analisada num modelo estático tridimensional num programa de cálculo automático. A análise de resultados foi efetuada longitudinalmente para a verificação dos Estados Limites Últimos e Estados Limites de Utilização dos elementos estruturais que constituem a ponte. Foi ainda efetuada uma estimativa orçamental da ponte no rio Lima na cidade de Viana do Castelo.

Exigências funcionais em pavimentos de madeira

Durante séculos a madeira foi dos materiais mais privilegiados e usados na construção. Ainda hoje, existem construções antigas em madeira em bom estado de conservação e que, desempenham as suas funções adequadamente. Com o aparecimento do betão e do aço, os projetistas deixaram de usar este tipo de estruturas. Isto provocou um desinteresse na indústria da madeira, adiando a criação de regulamentos e normas relativamente às exigências funcionais deste tipo de estruturas. Com a necessidade da reabilitação do património edificado, verifica-se uma inversão desta tendência, devido às edificações no centro histórico serem constituídas por estruturas de madeira, essencialmente os pavimentos e coberturas. Na maioria das vezes estas estruturas apresentam um elevado nível de degradação e a solução mais rentável é demolir. Os pavimentos de madeira são então substituídos por lajes aligeiradas ou de betão armado provocando alterações estruturais inadequadas nas fachadas a manter. Pretende-se com esta dissertação mostrar as potencialidades dos pavimentos de madeira e assim incentivar ao seu uso, principalmente nas áreas a reabilitar. São analisados todos os regulamentos e normas aplicáveis às exigências estruturais, térmicas, acústicas e contra incêndio dos pavimentos de madeira. A análise da normalização aplicável vai ser sintetizada, ou seja, só vão ser referidos os aspetos a ter em conta para a verificação das exigências funcionais em pavimentos de madeira. A aplicação dos conceitos e das verificações necessárias são aplicadas a um pavimento de madeira a ser construído na parcela C4 do Quarteirão das Cardosas. Os resultados obtidos neste caso de estudo são encorajadores, e abrem uma perspetiva das potencialidades que este sistema construtivo apresenta.

Robustness of corroded reinforced concrete structures. A structural performance approach

Structure and Infrastructure Engineering, 1-17

Desenvolvimento de ferramentas BIM no âmbito do cálculo estrutural em situação de incêndio

Este trabalho insere-se no âmbito de um estágio curricular realizado no gabinete de projetos SE2P, durante o qual foram desenvolvidas ferramentas de cálculo estrutural em situação de incêndio, integradas numa metodologia de trabalho que segue os princípios inerentes à tecnologia BIM (Building Information Modeling). Em particular foi implementado um procedimento de análise ao fogo segundo os modelos simplificados prescritos pelos Eurocódigos. Estes modelos garantem a segurança estrutural, permitindo, de forma rápida e eficiente, a determinação das necessidades de proteção passiva para diferentes cenários, tendo em vista a obtenção da solução mais económica. Esta dissertação, para além da apresentação do trabalho desenvolvido em regime de estágio curricular, objetivou dotar o leitor de um documento que introduza os principais conceitos relativos ao cálculo estrutural em situação de incêndio, indicando as várias opções de análise e respetivas vantagens e desvantagens, ajudando a definir a sua adequabilidade ao projeto em estudo. Neste contexto é efetuada uma introdução geral ao fenómeno do fogo e às medidas mais correntes de proteção, indicando-se os documentos normativos aplicáveis tanto ao cálculo estrutural como aos materiais de proteção. É também abordada a interação entre as várias normas que devem ser consultadas quando é efetuada uma análise ao fogo, e quais se aplicam a cada fase da análise. Efetua-se uma clara distinção entre a análise do comportamento térmico e mecânico, indicando-se as principais propriedades dos materiais em função do tipo de análise e a forma como são afetadas pela temperatura. No campo da análise do comportamento térmico faz-se essencialmente referência aos modelos de cálculo simplificados do desenvolvimento da temperatura em elementos metálicos e vigas mistas, com e sem proteção passiva. No que concerne ao campo da análise do comportamento mecânico são descritos os modelos de cálculo simplificados para a verificação da segurança estrutural atendendo às ações e combinações em situação de incêndio e à perda de resistência a temperaturas elevadas. Relativamente ao trabalho desenvolvido na SE2P, relativo ao desenvolvimento de ferramentas de cálculo e a sua implementação na análise ao fogo, realiza-se uma descrição detalhada de todo o processo, e da forma como se integra no conceito BIM, utilizando informações provenientes da modelação das estruturas e introduzindo novos dados ao modelo. Realizou-se também a aplicação de todo o procedimento de análise e das ferramentas desenvolvidas, a um caso de estudo baseado num edifício de habitação. Este caso de estudo serviu também para criar cenários de otimização utilizando-se referências de preços de mercado para o aço, sua transformação em fábrica e sistemas de proteção passiva, demonstrando-se a dificuldade em encontrar caminhos rápidos e diretos de decisão no processo de otimização.

Monitoring the early stiffness development in epoxy adhesives for structural strengthening

The present work aimed to assess the early-age evolution of E-modulus of epoxy adhesives used for Fibre-Reinforced Polymer (FRP) strengthening applications. The study involved adapting an existing technique devised for continuous monitoring of concrete stiffness since casting, called EMM-ARM (Elasticity Modulus Measurement through Ambient Response Method) for evaluation of epoxy stiffness. Furthermore, monotonic tensile tests according to ISO standards and cyclic tensile tests were carried out at several ages. A comparison between the obtained results was performed in order to better understand the performance of the several techniques in the assessment of stiffness of epoxy resins. When compared to the other methodologies, the method for calculation of E-modulus recommended by ISO standard led to lower values, since in the considered strain interval, the adhesive had a non-linear stress–strain relationship. The EMM-ARM technique revealed its capability in clearly identifying the hardening kinetics of epoxy adhesives, measuring the material stiffness growth during the entire curing period. At very early ages the values of Young׳s modulus obtained with quasi-static tests were lower than the values collected by EMM-ARM, due to the fact that epoxy resin exhibited a significant visco-elastic behaviour.

Experimental and numerical approaches for structural assessment in new footbridge designs (SFRSCC–GFPR hybrid structure)

Within the civil engineering field, the use of the Finite Element Method has acquired a significant importance, since numerical simulations have been employed in a broad field, which encloses the design, analysis and prediction of the structural behaviour of constructions and infrastructures. Nevertheless, these mathematical simulations can only be useful if all the mechanical properties of the materials, boundary conditions and damages are properly modelled. Therefore, it is required not only experimental data (static and/or dynamic tests) to provide references parameters, but also robust calibration methods able to model damage or other special structural conditions. The present paper addresses the model calibration of a footbridge bridge tested with static loads and ambient vibrations. Damage assessment was also carried out based on a hybrid numerical procedure, which combines discrete damage functions with sets of piecewise linear damage functions. Results from the model calibration shows that the model reproduces with good accuracy the experimental behaviour of the bridge.

Assessment of the performance of steel fibre reinforced self-compacting concrete in elevated slabs

The reinforcement mechanisms at the cross section level assured by fibres bridging the cracks in steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) can be significantly amplified at structural level when the SFRSCC is applied in structures with high support redundancy, such is the case of elevated slab systems. To evaluate the potentialities of SFRSCC as the fundamental material of elevated slab systems, a ¼ scale SFRSCC prototype of a residential building was designed, built and tested. The extensive experimental program includes material tests for characterizing the relevant properties of SFRSCC, as well as structural tests for assessing the performance of the prototype at serviceability and ultimate limit conditions. Three distinct approaches where adopted to derive the constitutive laws of the SFRSCC in tension that were used in finite element material nonlinear analysis to evaluate the reliability of these approaches in the prediction of the load carrying capacity of the prototype.

Recycled steel fibre reinforced concrete failing in bending and in shear

Recent research is showing that the addition of Recycled Steel Fibres (RSF) from wasted tyres can decrease significantly the brittle behaviour of cement based materials, by improving its toughness and post-cracking resistance. In this sense, Recycled Steel Fibre Reinforced Concrete (RSFRC) seems to have the potential to constitute a sustainable material for structural and non-structural applications. To assess this potential, experimental and numerical research was performed on the use of RSFRC in elements failing in bending and in beams failing in shear. The values of the fracture mode I parameters of the developed RSFRC were determined by performing inverse analysis with test results obtained in three point notched beam bending tests. To assess the possibility of using RSF as shear reinforcement in Reinforced Concrete (RC) beams, three point bending tests were executed with three series of RSFRC beams flexurally reinforced with a relatively high reinforcement ratio of longitudinal steel bars in order to assure shear failure for all the tested beams. By performing material nonlinear simulations with a computer program based on the finite element method (FEM), the applicability of the fracture mode I crack constitutive law derived from the inverse analysis is assessed for the prediction of the behaviour of these beams. The performance of the formulation proposed by RILEM TC 162 TDF and CEB-FIP 2010 for the prediction of the shear resistance of fibre reinforced concrete elements was also evaluated.

Assessment of the effectiveness of steel fibre reinforcement for the punching resistance of flat slabs by experimental research and design approach

The present paper deals with the experimental assessment of the effectiveness of steel fibre reinforcement in terms of punching resistance of centrically loaded flat slabs, and to the development of an analytical model capable of predicting the punching behaviour of this type of structures. For this purpose, eight slabs of 2550 x 2550 x 150 mm3 dimensions were tested up to failure, by investigating the influence of the content of steel fibres (0, 60, 75 and 90 kg/m3) and concrete strength class (50 and 70 MPa). Two reference slabs without fibre reinforcement, one for each concrete strength class, and one slab for each fibre content and each strength class compose the experimental program. All slabs were flexurally reinforced with a grid of ribbed steel bars in a percentage to assure punching failure mode for the reference slabs. Hooked ends steel fibres provided the unique shear reinforcement. The results have revealed that steel fibres are very effective in converting brittle punching failure into ductile flexural failure, by increasing both the ultimate load and deflection, as long as adequate fibre reinforcement is assured. An analytical model was developed based on the most recent concepts proposed by the fib Mode Code 2010 for predicting the punching resistance of flat slabs and for the characterization of the behaviour of fibre reinforced concrete. The most refined version of this model was capable of predicting the punching resistance of the tested slabs with excellent accuracy and coefficient of variation of about 5%.

Creep behaviour of cracked steel fibre reinforced self-compacting concrete laminar structures

Tese de Doutoramento - Civil Engineering

Influence of casting condition on the anisotropy of the fracture properties of Steel Fibre Reinforced Self-Compacting Concrete (SFRSCC)

Identification of the tensile constitutive behaviour of Fibre Reinforced Concrete (FRC) represents an important aspect of the design of structural elements using this material. Although an important step has been made with the introduction of guidance for the design with regular FRC in the recently published fib Model Code 2010, a better understanding of the behaviour of this material is still necessary, mainly for that with self-compacting properties. This work presents an experimental investigation employing Steel Fibre Self-Compacting Concrete (SFRSCC) to cast thin structural elements. A new test method is proposed for assessing the post-cracking behaviour and the results obtained with the proposed test method are compared with the ones resulted from the standard three-point bending tests (3PBT). Specimens extracted from a sandwich panel consisting of SFRSCC layers are also tested. The mechanical properties of SFRSCC are correlated to the fibre distribution by analysing the results obtained with the different tests. Finally, the stress-crack width constitutive law proposed by the fib Model Code 2010 is analysed in light of the experimental results.

Evaluation of the performance of steel fibre reinforced self-compacting concrete in elevated slab systems; from the material to the structure

Degree of Doctor of Philosophy of Structural/Civil Engineering

Satellizing Galileo? Non-state Authority and Interoperability Standards in the European Global Navigation Satellite System

This paper explores the extent and limits of non-state authority in international affairs. While a number of studies have emphasised the role of state support and the ability of strategically situated actors to capture regulatory processes, they often fail to unpack the conditions under which this takes place. In order to probe the assumption that structural market power, backed by political support, equates regulatory capture, the article examines the interplay of political and economic considerations in the negotiations to establish worldwide interoperability standards needed for the development of Galileo as a genuinely European global navigation satellite system under civil control. It argues that industries supported and identified as strategic by public actors are more likely to capture standardisation processes than those with the largest market share expected to be created by the standards. This suggests that the influence of industries in space, air and maritime traffic control closely related to the militaro-industrial complex remains disproportionate in comparison to the prospective market of location-based services expected to vastly transform business practices, labour relations and many aspects of our daily life.