High stress monitoring of prestressing tendons in nuclear concrete vessels using fibre-optic sensors

Maintaining the structural health of prestressed concrete nuclear containments is a key element in ensuring nuclear reactors are capable of meeting their safety requirements. This paper discusses the attachment, fabrication and characterisation of optical fibre strain sensors suitable for the prestress monitoring of irradiated steel prestressing tendons. The all-metal fabrication and welding process allowed the instrumented strand to simultaneously monitor and apply stresses up to 1300 MPa (80% of steel's ultimate tensile strength). There were no adverse effects to the strand's mechanical properties or integrity. After sensor relaxation through cyclic stress treatment, strain transfer between the optical fibre sensors and the strand remained at 69%. The fibre strain sensors could also withstand the non-axial forces induced as the strand was deflected around a 4.5 m bend radius. Further development of this technology has the potential to augment current prestress monitoring practices, allowing distributed measurements of short- and long-term prestress losses in nuclear prestressed-concrete vessels. © 2014 Elsevier B.V.

Precast Concrete Panel Thickness for Epoxy-Coated Prestressing Strands, HR-353, Interim Report, 1994

A recommended minimum thickness for prestressed concrete (P/C) bridge deck panels containing 3/8-in. diameter, 270-ksi, low-relaxation, grit-impregnated, epoxy-coated prestressing strands is being evaluated by testing prototype panel specimens. As of January 1994, specimens from ten castings have been tested. The specimens in the first five castings were constructed to establish a preliminary minimum thickness for P/C panels. The specimens in the last five castings were constructed to 1) confirm the minimum panel thickness requirement, 2) measure the development length of epoxy-coated strands in specimens containing multiple strands, 3) measure the development length of uncoated strands in specimens containing multiple and single strands, 4) observe if concrete cracks form in thin panel specimens that have a raked top surface and are reinforced with welded wire fabric and either epoxy-coated or uncoated strands, 5) measure the transfer length for specimens containing a single uncoated strand, and 6) observe the seating characteristics of the grips used for uncoated strand and epoxy-coated strands. These tests have produced several initial findings. The preliminary recommended thickness for P/C panels containing grit-impregnated, epoxy-coated strands is 3 in. and the tentative development length for uncoated and coated multiple strands is approximately 45 in. and 24 in., respectively. Further tests will address confirmation of the recommended P/C panel thickness and establish the transfer and development lengths of single and multiple, uncoated and grit-impregnated epoxy-coated strands.

Creep deflection of low-strength reinforced concrete flexural members strengthened with carbon fiber composite sheets

The low-strength concrete is defined as a concrete where the compressive cubic strength is less than 15 MPa. Since the beginning of the last century, many low-strength concrete buildings and bridges have been built all over the world. Being short of deeper study, composite sheets are prohibited in strengthening of low-strength reinforced concrete members (CECS 146; ACI 440). Moreover, there are few relevant information about the long-term behavior and durability of strengthened RC members. This fact undoubtedly limits the use of the composite materials in the strengthening applications, therefore, it is necessary to study the behaviours of low-strength concrete elements strengthened with composite materials (FRP) for the preservation of historic constructions and innovation in the strengthening technology. Deformability is one of criteria in the design of concrete structures, and this for functionality, durability and aesthetics reasons. Civil engineer possibly encounters more deflection problems in the structural design than any other type of problem. Many materials common in structural engineering such as wood, concrete and composite materials, suffer creep; if the creep phenomenon is taken into account, checks for serviceability limit state criteria can become onerous, because the creep deformation in these materials is in the same order of magnitude as the elastic deformation. The thesis presents the results of an experimental study on the long-term behavior of low-strength reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber composite sheets (CFRP). The work has investigated the accuracy of the long-term deflection predictions made by some analytical procedures existing in literature, as well as by the most widely used design codes (Eurocode 2, ACI-318, ACI-435).

Projeto de estabilidade da alteração de um edifício de habitação multifamiliar

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

Bond behaviour and kb factor in GFRP rebars casted in concrete

A proper bond between reinforcement and concrete is key for an appropriate composite action of both materials in reinforced concrete structures. However, to-date limited studies exist on bond of fiber reinforced polymer (FRP) bars in concrete members under flexure. In this paper, the bond strength developed by FRP and steel rebars is evaluated and compared, by testing reinforced concrete beams under three point bending load. The investigation included several beams that were 183 cm long × 15 cm wide × 36 cm deep: many of them were reinforced with sand coated GFRP rebars, while steel was used to reinforce the remaining ones. For each of the reinforcing systems, various different embedded lengths were tested. The beams were tested under a 3-point-bending setup and they were monitored using several measuring devices: LVDTS, potentiometers and strain gauges. Preliminary results show that the GFRP rebars have lower bond capacity than the ones made of steel. Moreover, it was inferred that the embedded lengths suggested by actual code provisions for GFRP rebars are too conservative.

Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal

As vigas mistas de aço e concreto estão sendo largamente utilizadas em construções de edifícios e pontes. Ao se combinar o aço com o concreto obtêm-se estruturas mais econômicas, uma vez que se tira proveito das melhores características de cada material. Nas regiões de momento negativo de uma viga mista contínua, a mesa inferior e parte da alma estão comprimidas, se a alma do perfil não tiver rigidez suficiente para evitar a flexão lateral, ela distorcerá gerando um deslocamento lateral e um giro na mesa comprimida, caracterizando um modo de flambagem denominado flambagem lateral com distorção (FLD). O procedimento de verificação à FLD da EN 1994-1-1:2004 originou o método de cálculo da ABNT NBR 8800:2008, entretanto a EN 1994-1-1:2004 não fornece expressão para o cálculo do momento crítico elástico, enquanto a ABNT NBR 8800:2008 prescreve uma formulação proposta por Roik, Hanswille e Kina (1990) desenvolvida para vigas mistas com perfis de alma plana. Embora as normas prescrevam um método de verificação à FLD para vigas mistas com perfis de alma plana, poucos estudos têm sido feitos sobre esse estado-limite. Além disso, tanto a ABNT NBR 8800:2008 quanto as normas internacionais não abordam perfis de alma senoidal. Neste trabalho, foram implementadas análises de flambagem elástica, com auxílio do software ANSYS 14.0 (2011), em modelos de elementos finitos que retratem o comportamento à FLD de vigas mistas de aço e concreto com perfis de alma plana e senoidal. Os modelos numéricos foram constituídos pelo perfil de aço, por uma mola rotacional que restringe parcialmente o giro da mesa superior e uma restrição ao deslocamento lateral, ao longo de todo o comprimento da viga. Os resultados numéricos são comparados com os obtidos pelas formulações de Roik, Hanswille e Kina (1990) e de Hanswille (2002), adaptadas para levar em consideração a corrugação da alma do perfil de aço. Para avaliação das formulações supracitadas e da consistência da modelagem numérica adotada, o momento crítico elástico foi determinado para vigas mistas com perfis de aço de alma plana. Como resultado, um método para o cálculo do momento crítico elástico de vigas mistas de alma senoidal é proposto.

Projecto de execução de fundações e estruturas de uma ponte em betão armado pré-esforçado

Este Trabalho refere-se ao Projecto de Execução de Fundações e Estruturas de uma Ponte Rodoviária em betão armado pré-esforçado, realizado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Civil – Especialização em Estruturas, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O Projecto de Execução é composto de Peças Escritas e Peças Desenhadas. Nas Peças Escritas estão incluídos: Memória Justificativa e Descritiva; Cálculos Justificativos e Anexos. A ponte é composta por dois tabuleiros paralelos com 10,28m de largura cada um e afastados entre si de 0,10m. A obra é constituída de 8 tramos; os tramos correntes com 31m de comprimento e os tramos extremos com 25 e 20m de comprimento, perfazendo um comprimento total de 231m. A obra foi parcialmente isolada dos sismos pela introdução, em todos os pilares, de aparelhos de apoio de elevado amortecimento sísmico do tipo HDRB (High Damping Rubber Bearings). Encontram-se particularmente discriminadas e detalhadas neste projecto as seguintes situações: - Cálculo do Pré-esforço e respectivas perdas; - Acção das sobrecargas rodoviárias; - Diferença de comportamento da obra na entrada em serviço e no longo prazo; - Análise sísmica e do isolamento sísmico; - Estudo dos efeitos diferidos: retracção e fluência. Tendo as abordagens de cálculo e as verificações de segurança seguido a regulamentação nacional em vigor, nomeadamente RSA e REBAP, foi no entanto feita uma aproximação às regras do “Capacity Design” previstas no EC8, em que se privilegia a actuação do projectista sobre o comportamento da estrutura, procurando uma resposta não linear da mesma, visando garantir que: - A rotura não ocorrerá nos elementos de fundação; - Nos pilares a dissipação de energia se faz através de rótulas plásticas, evitando-se roturas associadas a esforços transversos. A aplicação destas regras neste Projecto demonstrou haver um agravamento substancial na definição dos esforços a que devem resistir alguns dos componentes da estrutura, designadamente os pilares e as fundações, originando soluções de secções de betão e armaduras bem mais exigentes do que aqueles que resultariam da simples verificação de segurança, pela comparação entre esforços actuante e esforços resistentes “secção a secção”, imposta pela actual regulamentação nacional.

Projecto de fundações e estrutura de um edifício destinado a pavilhão gimnodesportivo

Este trabalho tem como objectivo a elaboração do projecto de estruturas de um edifício destinado a pavilhão gimnodesportivo, caracterizando as suas diferentes fases de execução, desde a etapa inicial de concepção até à fase final de dimensionamento. Trata-se de um projecto complexo de uma estrutura com elementos estruturais em betão armado e pré-esforçado, e com muros de contenção. Na concepção do edifício foram utilizados os critérios gerais de dimensionamento presentes na regulamentação Europeia (Eurocódigos), uma vez que estes elementos representam o futuro da regulamentação de estruturas em termos Europeus, vindo substituir a nível nacional o “Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Betão Armado (RSA)” e o “Regulamento para Estruturas de Betão Armado e Pré- Esforçado (REBAP)”. A adopção das normas europeias representam assim um elevado desafio devido ao aumento da complexidade na concepção e dimensionamento de estruturas que estes regulamentos traduzem, principalmente o Eurocódigo 8, que define de um modo mais detalhado e complexo a análise sísmica, relativamente à regulamentação actual em vigor. Devido à elevada complexidade que os projectos de estruturas apresentam, utilizam-se actualmente ferramentas de cálculo automático. No dimensionamento deste edifício foi utilizado um programa tridimensional de elementos finitos para a modelação da estrutura. Pretende-se com a escolha deste projecto e dos métodos de dimensionamento presentes nos Eurocódigos, o desenvolvimento de um trabalho detalhado e correcto, permitindo assim adquirir conhecimentos importantes relativamente às futuras normas, e pôr em prática as competências e os conhecimentos obtidos ao longo curso.

Projecto de execução de uma obra de arte rodoviária

O presente trabalho foi realizado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O trabalho consistiu em realizar um Projecto de Execução de uma Passagem Superior com três tramos em Betão Armado e Pré-Esforçado. Foram tidos em conta os condicionamentos da topografia local, geotécnica e de traçado. O dimensionamento dos elementos estruturais foi efectuado de acordo com a regulamentação portuguesa actualmente em vigor, nomeadamente o Regulamento de Segurança e Acções (RSA) e o Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP). A verificação da segurança foi efectuada em relação aos Estados Limites Últimos e de Utilização. Para a análise estrutural foi utilizado o programa de cálculo automático SAP2000.

Pré-esforço em edifícios e obras de arte

O presente relatório de estágio encontra-se inserido no âmbito do Trabalho Final de Mestrado, da área de especialização de Edificações, relativo ao curso de Engenharia Civil, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, sobre a execução de Pré-esforço em Edifícios e Obras de Arte. O estágio foi desenvolvido na empresa VSL Sistemas Portugal S.A. - Préesforço, Equipamento e Montagens e teve como objectivo o acompanhamento da subempreitada de aplicação e execução de pré-esforço para três entidades: - Agrupamento complementar de empresas Teixeira Duarte / Zagope - Viaduto de Coina 1; - Lena Construções - Pontão de Coina; - BRITALAR - Hotel Tryp Aeroporto Lisboa. O estágio realizou-se junto do Departamento de Produção, ao nível do acompanhamento dos trabalhos em obra e trabalho administrativo inerente ao mesmo. O objectivo inicial do estágio foi o de interpretar as peças escritas e desenhadas relacionando-as com a aplicação do pré-esforço em obra, conhecer as técnicas e materiais a aplicar nas diferentes fases, relacionando assim, a sua utilização com a prevenção de eventuais patologias.

Projecto de execução de uma obra de arte

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

Projecto de execução de estruturas e fundações de uma obra de arte corrente em betão armado e pré-esforçado

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.

ECO-betão com adição de resíduo da indústria petrolífera

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Edificações

Projecto de uma passagem superior à autoestrada 10

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

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.