Sistemas de monitorização e manutenção de infra-estruturas ferroviárias: rede convencional e alta velocidade

A decisão de realizar trabalhos de manutenção ou de construção de novas linhas, depende fundamentalmente do tipo e frequência das circulações, assim como dos parâmetros de qualidade e conforto pretendidos em cada situação. Os custos de manutenção duma infra-estrutura rodoviária dependem dos meios humanos e equipamentos pesados envolvidos, assim como da coordenação e planeamento das operações a realizar, que por sua vez dependem do estado de degradação da via. Um bom planeamento de manutenção constitui por isso um vector fundamental de gestão das modernas administrações ferroviárias. Esta questão tem sido nos últimos anos bastante referida e contemplada pelo gestor da infra-estrutura nacional - a REFER, que contratou em 2005, o Consórcio Ferrovias/Monta-Egil/Visabeira para a conservação da então denominada ZOCL - Zona Operacional de Conservação de Lisboa, num total de quase 700 Km de via-férrea, tendo posteriormente contratado a conservação de outras zonas do país a consórcios que seguiram a mesma linha de orientação. O proponente faz parte do corpo técnico, que gere o contrato anteriormente referido, pelo que o presente relatório visa essencialmente traduzir a experiência adquirida em trabalhos desta natureza. O relatório apresenta por isso, do ponto de vista contratual, alguns sistemas e formas de manutenção das vias-férreas balastradas convencionais, alguns dos equipamentos pesados mais usados na realização destes trabalhos assim como a sistematização de operações encontrada pela REFER para fazer face às necessidades de conservação das suas linhas. O relatório apresenta também o sistema informático - SMIF (Sistema de Manutenção de Infra-Estruturas Rodoviárias) - desenvolvido durante o período de vigência do contrato para optimizar a realização dos trabalhos desta natureza, por forma a optimizar os meios envolvidos e a diminuir os custos de intervenção. Faz-se também uma pequena alusão ao equipamento de detecção de defeitos usado em Portugal e em alguns países da Europa.

Optimização da colagem em reforços estruturais por meio de pós-cura

A reparação ou substituição de elementos degradados em estruturas de madeira em serviço pode em alguns casos ser feita com a introdução de próteses de madeira nova, ligadas à madeira existente através de chapas ou varões colados. Esta abordagem apresenta-se como uma alternativa eficiente e rápida, que permite muitas vezes a manutenção de estruturas que seriam de outro modo substituídas ou profundamente alteradas, com técnicas mais intrusivas. Nestas intervenções são geralmente usadas colas epoxídicas, por serem as mais adequadas à execução de colagens em obra. O principal inconveniente destas colas é o facto de serem bastante sensíveis a temperaturas de serviço elevadas, resultando na redução da resistência e da rigidez das juntas coladas. No entanto, estudos anteriores realizados no LNEC mostraram que a resposta das colas epoxídicas à temperatura pode ser melhorada com o aumento da temperatura durante o processo de cura ou com a pós-cura das juntas de madeira coladas. Na presente dissertação foi desenvolvido e testado um novo método capaz de aplicar regimes de pós-cura a juntas coladas em obra, baseado na incorporação de resistências eléctricas na linha de cola. Foram também verificados os efeitos de diferentes regimes de cura na resistência de ligações coladas de madeira de Espruce realizadas com colas epoxídicas. O desempenho das juntas coladas foi avaliado através de ensaios de corte realizados à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas, dentro da gama de temperaturas se serviço previstas, por exemplo, em coberturas. Os resultados mostraram a viabilidade do método proposto e confirmaram os efeitos benéficos da pós-cura aplicada desta forma a ligações coladas de madeira com colas epoxídicas.

Revestimentos de pisos de madeira aplicados por colagem

A aplicação em obra de revestimentos de piso de madeira, apesar de ser uma solução construtiva tradicional, tem nos últimos anos registado inúmeros casos de insucesso de que resultam avultados prejuízos. De entre as soluções de revestimentos de piso de madeira, uma das que levanta mais problemas de comportamento é a que corresponde à aplicação, por colagem, de réguas de madeira directamente sobre a base de assentamento. Relativamente a esta solução construtiva importa analisar as principais causas das anomalias e preconizar procedimentos a adoptar quer na selecção das espécies de madeira a utilizar quer na aplicação em obra deste tipo de revestimentos. No primeiro capítulo deste trabalho será feito de um modo geral o ponto de situação de aplicação de pavimentos de madeira em Portugal enumerando as vantagens e desvantagens de cada espécie de modo a concluir para cada situação a melhor solução com o objectivo de conseguir bons resultados (durabilidade, estética, rentabilidade e economia). De seguida será descrito a anatomia da madeira, propriedades físicas e mecânicas bem como as patologias físico-químicas e apresentação de metodologia de tratamento e prevenção. Será abordado para além dos tipos de pavimentos, várias espécies de materiais, métodos e técnicas de aplicação. Por último será analisado uma experiência pessoal na obra “Quinta dos Ulmeiros” em Lisboa.

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.

Sistemas de abastecimento de água e saneamento básico

O presente relatório de estágio enquadra-se no âmbito do Trabalho Final de Mestrado (TFM) do curso de Engenharia Civil, área de especialização de Hidráulica, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, e baseia-se na temática dos sistemas de abastecimento de água e drenagem de águas residuais. O estágio, intitulado de “Sistemas de Abastecimento de Agua e Saneamento Básico”, decorreu numa empresa de consultaria de engenharia denominada ENGIDRO – Estudos de Engenharia, Lda., vocacionada para a realização de estudos e projectos na área de Hidráulica, com particular incidência na Hidráulica Urbana e Saneamento Básico. O estágio iniciou-se com um adequado enquadramento profissional na empresa e incidiu principalmente no desenvolvimento de trabalhos de concepção e dimensionamento, a nível de projectos de execução, de sistemas de abastecimento de água e de saneamento básico, para 21 localidades da província de Lunda Sul, em Angola, com prestação de serviços para o Governo Provincial de Lunda Sul – Direcção Provincial da Energia e Aguas, juntamente com empresa CENGA – Consultores de Engenharia de Angola, S.A. Na prestação de serviços à entidade contratante foram efectuados trabalhos de campo, que consistiram principalmente em reconhecimentos do terreno, levantamentos topográficos e recolha de informação relevante sobre elementos condicionantes dos projectos (origens e disponibilidades de água, natureza e declive dos terrenos, tipos de infra-estruturas locais) e trabalhos de gabinete para compilação e análise da informação recolhida na elaboração dos projectos de execução, incluindo pecas desenhadas (desenhos pormenorizados) e peças escritas (memórias descritivas e justificativas, medições e orçamentos). Sendo os projectos destinados a aglomerados populacionais pouco desenvolvidos e com carências e condicionantes de diversa ordem (falta de energia eléctrica, de acessos, de telecomunicações, de meios técnicos e materiais, entre outros), prestou-se especial atenção aos aspectos da concepção, privilegiando soluções de baixa tecnologia, mais fáceis de explorar e manter com os recursos locais disponíveis.

Dimensionamento de estruturas de suporte rígidas

A Norma Portuguesa EN 1997-1:2007 - Eurocódigo 7 (EC 7) quando comparada, quer com a versão anterior ENV 1997-1:1994, cujo estatuto foi de pré-norma, quer com a prática tradicional corrente, introduz alterações significativas na abordagem ao dimensionamento geotécnico de estruturas de suporte. Assim, neste trabalho pretende-se aplicar a abordagem por meio de cálculos preconizada na Norma ao caso do dimensionamento de estruturas de suporte rígidas, comparando-a com os critérios tradicionais de dimensionamento utilizados em Portugal. Para tal realizou-se o plano de estudos seguinte: i) recensão bibliográfica síntese sobre o tema; ii) formulação geral do problema da verificação da segurança de estruturas de suporte rígidas de acordo com o preconizado no EC 7 e: iii) desenvolvimento de uma aplicação em Excel para a verificação da segurança daquelas estruturas nos moldes preconizados no EC 7. A folha de cálculo foi utilizada para comparar, através de dois exemplos - um relativo a um muro gravidade, e o outro relativo a um muro em T invertido - as diferenças entre a via tradicional e o EC 7 no respectivo dimensionamento.

Estudo técnico/económico da instalação de uma central de cogeração numa serração de madeira

O pinheiro tem um papel importante na ecologia e economia nacional. O Pinheiro sofre de uma praga severa, denominada por doença da murchidão dos pinheiros, causada pelo nemátodo da madeira do pinheiro (NMP). Apresenta-se como um verme microscópico, invertebrado, medindo menos de 1,5 mm de comprimento. O contágio entre árvores deve-se a vectores biologicamente conhecidos por longicórneo e capricórnio do pinheiro. Os produtores de madeira de pinho são desta forma obrigados a efectuar tratamentos térmicos (HT), de eliminação do NMP e dos seus vectores para que a exportação da madeira serrada cumpra com a norma NP 4487. De modo a manter a competitividade internacional das empresas nacionais, o impacto dos custos do HT deve ser minimizado. O objectivo desta dissertação é efectuar o estudo técnico-económico da implementação de um sistema de cogeração capaz produzir calor para efectuar o tratamento ao NMP e simultaneamente energia eléctrica para vender à rede pública. As receitas da venda de energia eléctrica poderão contribuir para a minimização dos custos do HT. Tendo em conta que os resíduos das serrações de madeira podem ser usados como combustível consideraram-se para avaliação duas tecnologias de cogeração, um sistema de turbina a vapor clássico (ciclo Rankine) e um sistema Organic Rankine Cycle (ORC), permitindo ambas a queima dos resíduos das serrações de madeira. No que diz respeito à avaliação económica, foi desenvolvido um simulador de tecnologia/modalidade de remuneração que efectua cálculos consoante as necessidades térmicas de cada produtor, a potência eléctrica a instalar e indicadores económicos, VAL, TIR e PAYBACK da instalação do sistema de cogeração. O simulador desenvolvido aplica a nova legislação que enquadra o sistema jurídico e remuneratório da cogeração (DL 23/2010), na qual se consideram duas modalidades, geral e especial. A metodologia desenvolvida foi aplicada num caso real de uma serração de madeira e os principais resultados mostram que as soluções apresentadas, turbina a vapor e sistema ORC, não apresentam viabilidade económica. Através da análise de sensibilidade, conclui-se que um dos factores que mais influência a viabilidade económica do projecto é o tempo de funcionamento reduzido. Sendo uma das soluções apresentada a criação de uma central de cogeração para vários produtores de madeira. Uma possível solução para o problema do reduzido tempo de utilização seria o fornecimento do serviço de tratamentos térmicos a outros produtores de paletes de madeira que não possuem estufa própria.

Influência da modelação de núcleos de betão armado no cálculo automático de estruturas de edifícios

O presente trabalho aborda a questão do comportamento e influência estrutural da modelação de um núcleo de secção aberta de parede fina no modelo tridimensional de elementos finitos de um edifício de betão armado, composto por 5 pisos sujeito à acção sísmica regulamentar. Para o efeito, foram considerados os Eurocódigos estruturais, nomeadamente o Eurocódigo 0, Eurocódigo 1 e Eurocódigo 8. A fim de avaliar a importância do tipo de modelação destes elementos estruturais, elemento fundamental para a caracterização da resposta dinâmica, foi desenvolvido um estudo paramétrico, fazendo-se a análise de quatro formas distintas de modelação do mesmo núcleo. Para os mesmos casos de carregamento, é feita uma análise comparativa entre os resultados obtidos a nível de períodos, percentagem de armadura nos pilares e no próprio núcleo bem como os deslocamentos para os modelos em estudo, com recurso a um programa de cálculo automático. O edifício considerado neste trabalho foi modelado com base no programa comercial de cálculo automático SAP 2000 versão 14.4. Posteriormente apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos nos vários modelos em causa e para as várias situações propostas ao longo do trabalho.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Avaliação das estruturas de concordância e discordância nos estudos de confiabilidade

OBJETIVO: Complementar dados de investigação anterior sobre o risco de indução de câncer devido à ingestão de 226Ra, 228Ra e 222Rn em fontes de águas minerais de uma região de altos níveis de radioatividade natural, do Brasil. Desta forma, foi realizada a estimativa de indução de câncer devido à ingestão de 238U e 234U nessas mesmas águas. MÉTODO: O coeficiente de risco para os isótopos naturais de urânio foi considerado como sendo o mesmo daquele utilizado para a indução de sarcoma ósseo pelo 226Ra e que a quantidade depositada no osso corresponde a 25 vezes a ingestão diária de 226Ra e a 11 vezes a ingestão diária dos isótopos de urânio de meia-vida longa. Amostras de água das fontes ultilizadas pela população de Água da Prata, Estado de São Paulo, foram coletadas, num período de um ano, de forma a abranger todas as estações. RESULTADOS: Foram encontradas concentrações variando de 2,0 a 28,4 mBq/L e de 4,7 a 143m Bq/L para 238U e 234U, respectivamente. Baseando-se nessas concentrações foi estimado o risco devido à ingestão dos isótopos de urânio: um total de 0,3 casos de câncer por 10(6) indivíduos expostos. Este dado indica que a ingestão crônica de urânio nas concentrações observadas nas fontes analisadas resultará em um acréscimo no número de casos de câncer fatais de 0,1 %. CONCLUSÕES: Se as incertezas na estimativa dos efeitos carcinogênicos forem levadas em consideração, pode-se concluir que praticamente nenhum caso de câncer ocorrerá devido à ingestão de urânio presente nas águas minerais analisadas.

Estruturas tradicionais vs. termoargila em zonas sísmicas

Com a crescente divulgação no mercado português de métodos construtivos de alvenaria resistente tipo Termoargila, compara-se neste trabalho a sua rentabilidade económica, em relação à execução em betão armado, com paredes não estruturais de alvenaria. Estudam-se três tipologias de estruturas com geometria regular (1 piso, 2 pisos, 4 pisos), em zonas sísmicas A e D segundo o Regulamento de Segurança e Acções. A análise dos resultados permite verificar a eficiência dos métodos construtivos para cada tipologia de edifício, assim como os seus custos. Analisa-se se o motivo pelo qual em Portugal não é corrente a aplicação de soluções estruturais de alvenaria resistente tipo Termoargila, se unicamente económico ou se existe uma inércia dos intervenientes na construção, privilegiando os métodos construtivos tradicionais.

Cálculo automático de estruturas: análise de placas através do método dos elementos finitos

Nesta dissertação desenvolveu-se um programa de cálculo automático que efectua a análise estrutural de placas, sujeitas a acções estáticas e considerando um comportamento isotrópico elástico linear dos materiais. Este programa foi elaborado em linguagem Fortran. O método que se utilizou para o cálculo das estruturas é baseado na teoria dos elementos finitos, tendo sido adoptados elementos finitos com dois graus de liberdade por nó (duas translações), associados ao método dos deslocamentos para a sua resolução. Para permitir a representação dos resultados obtidos pelo programa, utilizou-se um módulo gráfico comercial: GiD. A validação do programa desenvolvido foi feita a partir da comparação dos resultados calculados de alguns exemplos com os obtidos através de um programa de cálculo estrutural de referência: SAP2000. Esta dissertação contempla ainda um manual, que tem como finalidade o fornecimento de indicações para a correcta utilização do software desenvolvido, o qual inclui orientações para a introdução de dados e respectiva interpretação de resultados.

Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de pórticos tridimensionais

No âmbito da presente dissertação foi elaborado um programa de cálculo automático de pórticos tridimensionais, sob acções estáticas (Portic3D). Utilizaram-se elementos tipo barra 3D constituídos por dois pontos nodais com seis graus de liberdade cada, admitindo a hipótese de comportamento elástico linear do material. Apresentam-se os fundamentos da análise matricial de estruturas e descrevem-se os principais módulos computacionais que foram elaborados (em FORTRAN 90), nomeadamente descreve-se a estrutura global do programa desenvolvido e, em particular, descreve-se a técnica de assemblagem da matriz de rigidez global e do vector global das forças a partir das matrizes de rigidez elementares e dos vectores elementares das forças nodais equivalentes às cargas de vão, respectivamente. A fiabilidade do programa desenvolvido, Portic3D, foi testada através da comparação com os resultados de um programa de cálculo estrutural de referência, o SAP2000, para o caso da análise estática de um edifício de 8 pisos (sob a acção do peso próprio, sobrecargas e forças estáticas equivalentes a uma acção sísmica). Foi elaborado ainda um manual do utilizador para facilitar a utilização do software desenvolvido e para facilitar a eventual integração das rotinas desenvolvidas em programas de cálculo estrutural com novas potencialidades.

Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de pórticos planos utilizando o método dos elementos finitos

O principal objectivo da presente dissertação foi o desenvolvimento de um programa de cálculo automático de estruturas reticulares planas. A execução deste trabalho insere-se num programa mais vasto e ambicioso, em que se pretende desenvolver um pacote de cálculo automático de estruturas para utilização académica. Este pacote incluirá o tipo de elementos mais utilizado na Engenharia Civil, podendo efectuar análises lineares e não-lineares, considerando acções estáticas e dinâmicas. Pretende-se também dotar este pacote com o dimensionamento e verificação da segurança dos elementos estruturais. O programa foi desenvolvido recorrendo ao Método dos Elementos Finitos. Em face da aplicação deste método é efectuada uma breve resenha histórica, incluindo o seu desenvolvimento, campos de aplicação e importância na Engenharia Civil para o cálculo de estruturas. Foram implementados elementos finitos do tipo barra 2D de secção constante, em que se admitiu um material isotrópico com comportamento elástico linear. O programa permite a aplicação de cargas estáticas nos nós e elementos de barra, assentamentos de apoio, e fornece os resultados de forma gráfica e numérica. A validação do programa de cálculo foi efectuada através da comparação dos resultados obtidos pelo programa com um outro Programa de cálculo estrutural comercial (SAP2000) e com valores apresentados na bibliografia [LNEC, 1984]. Com o objectivo de incluir este trabalho num pacote de programas mais abrangentes, foi elaborado um fluxograma onde são descritos os blocos principais que compõem o programa desenvolvido e um manual de utilização devidamente pormenorizado.

Projecto de fundações e estruturas do edifício administrativo do parque de materiais e oficinas de Ceira

O presente trabalho refere-se às fases de projecto da estrutura do Edifício Administrativo do Parque de Material e Oficinas, destinado ao apoio à frota circulante para a rede de transportes do Metro do Mondego. As instalações serão construídas junto à Estação de Ceira. Na escolha das soluções a adoptar foram considerados todos os condicionalismos existentes, em particular os inerentes à implantação geral da obra e sua utilização. Foram igualmente tidas em conta as acções passíveis de actuar na estrutura, bem como as propriedades dos materiais utilizados e os processos construtivos que venham a ser utilizados.