Development of open models and tools for seismic risk assessment: application to Portugal

The exponential growth of the world population has led to an increase of settlements often located in areas prone to natural disasters, including earthquakes. Consequently, despite the important advances in the field of natural catastrophes modelling and risk mitigation actions, the overall human losses have continued to increase and unprecedented economic losses have been registered. In the research work presented herein, various areas of earthquake engineering and seismology are thoroughly investigated, and a case study application for mainland Portugal is performed. Seismic risk assessment is a critical link in the reduction of casualties and damages due to earthquakes. Recognition of this relation has led to a rapid rise in demand for accurate, reliable and flexible numerical tools and software. In the present work, an open-source platform for seismic hazard and risk assessment is developed. This software is capable of computing the distribution of losses or damage for an earthquake scenario (deterministic event-based) or earthquake losses due to all the possible seismic events that might occur within a region for a given interval of time (probabilistic event-based). This effort has been developed following an open and transparent philosophy and therefore, it is available to any individual or institution. The estimation of the seismic risk depends mainly on three components: seismic hazard, exposure and vulnerability. The latter component assumes special importance, as by intervening with appropriate retrofitting solutions, it may be possible to decrease directly the seismic risk. The employment of analytical methodologies is fundamental in the assessment of structural vulnerability, particularly in regions where post-earthquake building damage might not be available. Several common methodologies are investigated, and conclusions are yielded regarding the method that can provide an optimal balance between accuracy and computational effort. In addition, a simplified approach based on the displacement-based earthquake loss assessment (DBELA) is proposed, which allows for the rapid estimation of fragility curves, considering a wide spectrum of uncertainties. A novel vulnerability model for the reinforced concrete building stock in Portugal is proposed in this work, using statistical information collected from hundreds of real buildings. An analytical approach based on nonlinear time history analysis is adopted and the impact of a set of key parameters investigated, including the damage state criteria and the chosen intensity measure type. A comprehensive review of previous studies that contributed to the understanding of the seismic hazard and risk for Portugal is presented. An existing seismic source model was employed with recently proposed attenuation models to calculate probabilistic seismic hazard throughout the territory. The latter results are combined with information from the 2011 Building Census and the aforementioned vulnerability model to estimate economic loss maps for a return period of 475 years. These losses are disaggregated across the different building typologies and conclusions are yielded regarding the type of construction more vulnerable to seismic activity.

Correlação entre argamassas e betões com base em análise reométrica

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar a correlação no estado fresco e no estado endurecido entre argamassas e betões com pozolanas, nomeadamente, um metacaulino e uma diatomite. Este trabalho procurou também otimizar a utilização dos materiais pozolânicos na produção de argamassas e betões. O estudo do comportamento reológico inicia-se com a avaliação da argamassa padrão e do betão padrão, utilizando para tal reómetros adequados a cada material. O comportamento reológico das argamassas com pozolanas foi analisado em função do comportamento da argamassa padrão. Verificou-se que é possível ajustar o comportamento reológico de argamassas com pozolanas ao comportamento da argamassa padrão e, deste modo, obter-se também betões correspondentes (com pozolanas) dentro do intervalo de trabalhabilidade pretendido e pré-definido para o betão padrão. Também foi possível concluir que, até um determinado teor de material pozolânico, se verificava uma correlação entre os parâmetros reológicos (viscosidade e tensão de cedência) das argamassas e os seus betões correspondentes. Na caracterização das argamassas e betões no estado endurecido, verificou-se a existência de uma correlação entre a resistência à compressão das argamassas e as resistências dos betões correspondentes para a maioria das formulações. Quando o ajuste de trabalhabilidade foi efetuado através da alteração do teor de água, apenas as formulações com metacaulino apresentavam uma relação linear entre as resistências das argamassas e a dos betões correspondentes. Usando um agente redutor de água de amassadura para o ajuste de trabalhabilidade, as formulações com metacaulino continuam a apresentar uma relação linear entre as resistências das argamassas e as resistências dos betões. As formulações mistas, com metacaulino e diatomite, também apresentam uma relação linear entre o valor das resistências das argamassas e dos betões. As composições com diatomite não mostram esta relação linear entre a resistência das argamassas e a resistência dos betões, embora exista uma correlação entre elas. O estudo de algumas propriedades no estado endurecido de betões mostrou que a utilização de água como elemento de ajuste de trabalhabilidade diminui sempre a resistência à compressão dos betões com o aumento do teor em pozolana. O uso de um agente redutor de água de amassadura, principalmente no caso da utilização do metacaulino, aumenta a resistência dos betões face ao padrão devido à sua maior reatividade pozolânica relativamente à diatomite. Estas tendências para os resultados observados na resistência mecânica foram também visíveis no módulo de elasticidade e justificáveis pela evolução da microestrutura avaliada conjuntamente por porosimetria, análises térmicas e microscopia eletrónica de varrimento. Finalmente, no estudo da influência dos materiais pozolânicos sobre a durabilidade dos betões, especificamente sobre a resistência à penetração de cloretos, ambas as pozolanas mostraram um efeito bloqueador à penetração de cloretos e, também aqui esse efeito foi mais evidente em composições com metacaulino e na presença de um agente redutor de água de amassadura.

Análise do desempenho de autoestradas através de microssimulação

Portugal é um dos países europeus com melhor cobertura espacial e populacional de rede de autoestradas (5º entre os 27 da UE). O acentuado crescimento desta rede nos últimos anos leva a que seja necessária a utilização de metodologias de análise e avaliação da qualidade do serviço que é prestado nestas infraestruturas, relativamente às condições de circulação. Usualmente, a avaliação da qualidade de serviço é efetuada por intermédio de metodologias internacionalmente aceites, das quais se destaca a preconizada no Highway Capacity Manual (HCM). É com esta última metodologia que são habitualmente determinados em Portugal, os níveis de serviço nas diversas componentes de uma autoestrada (secções correntes, ramos de ligação e segmentos de entrecruzamento). No entanto, a sua transposição direta para a realidade portuguesa levanta algumas reservas, uma vez que os elementos que compõem o ambiente rodoviário (infraestrutura, veículo e condutor) são distintos dos da realidade norte-americana para a qual foi desenvolvida. Assim, seria útil para os atores envolvidos no setor rodoviário dispor de metodologias desenvolvidas para as condições portuguesas, que possibilitassem uma caracterização mais realista da qualidade de serviço ao nível da operação em autoestradas. No entanto, importa referir que o desenvolvimento de metodologias deste género requer uma quantidade muito significativa de dados geométricos e de tráfego, o que acarreta uma enorme necessidade de meios, quer humanos, quer materiais. Esta abordagem é assim de difícil execução, sendo por isso necessário recorrer a metodologias alternativas para a persecução deste objetivo. Ultimamente tem-se verificado o uso cada vez mais generalizado de modelos de simulação microscópica de tráfego, que simulando o movimento individual dos veículos num ambiente virtual permitem realizar análises de tráfego. A presente dissertação apresenta os resultados obtidos no desenvolvimento de uma metodologia que procura recriar, através de simuladores microscópicos de tráfego, o comportamento das correntes de tráfego em secções correntes de autoestradas com o intuito de, posteriormente, se proceder à adaptação da metodologia preconizada no HCM (na sua edição de 2000) à realidade portuguesa. Para tal, com os simuladores microscópicos utilizados (AIMSUN e VISSIM) procurou-se reproduzir as condições de circulação numa autoestrada portuguesa, de modo a que fosse possível analisar as alterações sofridas no comportamento das correntes de tráfego após a modificação dos principais fatores geométricos e de tráfego envolvidos na metodologia do HCM 2000. Para o efeito, realizou-se uma análise de sensibilidade aos simuladores de forma a avaliar a sua capacidade para representar a influência desses fatores, com vista a, numa fase posterior, se quantificar o seu efeito para a realidade nacional e dessa forma se proceder à adequação da referida metodologia ao contexto português. Em resumo, o presente trabalho apresenta as principais vantagens e limitações dos microssimuladores AIMSUN e VISSIM na modelação do tráfego de uma autoestrada portuguesa, tendo-se concluído que estes simuladores não são capazes de representar de forma explícita alguns dos fatores considerados na metodologia do HCM 2000, o que impossibilita a sua utilização como ferramenta de quantificação dos seus efeitos e consequentemente inviabiliza a adaptação dessa metodologia à realidade nacional. São, no entanto, referidas algumas indicações de como essas limitações poderão vir a ser ultrapassadas, com vista à consecução futura dessa adequação.

Correntes naturais em obras de engenharia civil (barragens)

No presente trabalho são apresentados os resultados da Aplicação do Método do Potencial Espontâneo, no estudo do vazamento de água em barragens. Os vazamentos de água em barragens podem ocorrer através do maciço e através do substrato. São qui descritas as diversas partes do maciço e as estruturas do substrato por onde ocorrem esses vazamentos, sendo também fornecidas as litologias dos substratos, salientando-se aquelas que podem originar maior permeabilidade. Alguns exemplos típicos de vazamentos, tanto através do maciço, como através do substrato, são fornecidos para casos brasileiros, tão bem como para alguns estrangeiros. O método do Potencial Espontâneo, só recentemente começou a ter aplicações em obras de Engenharia Civil. Suas primeiras aplicações em barragens começaram com Ogilvy e outros (1969) que desenvolveram estudos de laboratório, e de campo em reservatórios do Trans-Cáucaso e da Ásia Central. Antes disso, o método já era largamente utilizado em prospecção mineira, tendo-se desenvolvido por C. Schlumberger, quando estudava a pirita de Saint Bell, na França, em 1913. Para a execução dos trabalhos em laboratório, baseamo-nos na Lei de Darcy, nos estudos de C. Schlumberger sobre o método do Potencial Espontâneo, e nos trabalhos de Ogilvy e outros (1969, 70, 72). Segundo Ogilvy e outros (1969), \"experiências de laboratório são executadas em vista de que os vazamentos de reservatórios são caracterizados por anomalias de correntes naturais. Quanto maior é a descarga de filtração, tanto mais alta são as anomalias. Como resultado, a relação que governa a diferença de potencial e a composição granulométrica da areia, concentrações eletrolíticas e outros fatores foram revelados\". São apresentados gráficos e tabelas como conclusões dos trabalhos de laboratório. O método do Potencial Espontâneo foi empregado no estudo dos vazamentos de água da Barragem de Saracuruna (RJ) e da Barragem do Rio Juqueri, ) Sistema Cantareira, da COMASP (SP). São apresentados trabalhos anteriores sobre a localização, tipo de barragem, locais de vazamento, defeitos de construção, geologia local e características geométricas das barragens mencionadas, bem como são feitas comparações com outras metodologias empregadas no estudo dos mesmos vazamentos, chegando-se a uma boa correlação, entre este método e aqueles. Como conclusões dos trabalhos de campo realizados são fornecidos nove perfis levantados na Barragem de Saracuruna e os mapas de isoanomalias das duas barragens, onde aparecem as zonas de maior permeabilidade.

A engenharia Civil e a produção industrial de energia eólica

Dissertação para obtenção do grau de Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

NZEB: um desafio para a engenharia civil

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Observação do comportamento dinâmico de estruturas de engenharia civil

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

1as Jornadas de Engenharia Civil

Proceedings das 1as Jornadas de Engenharia Civil - 16 a 26 novembro de 1976 - ISEL

Desenvolvimento de um sistema de apoio à decisão para a otimização de traçados de obras de engenharia civil : o caso do sistema de defesa contra inundações da cidade de Resistencia, Argentina

O traçado de obras com características lineares num espaço geográfico tem, em princípio, um número muito grande de soluções. A seleção de traçados mais convenientes é hoje abordada pela Pesquisa Operacional por meio da Programação Dinâmica tradicional e das técnicas para resolver o problema conhecido como leastcost- path, (caminho de mínimo custo). Por sua vez, o planejamento de espaços geográficos é feito com o auxílio de técnicas de SIG (sistemas de informação geográfica). O estudo algorítmico dos caminhos de mínimo custo não é novidade e até os programas comerciais para SIG mais utilizados têm incorporado comandos que, com certas limitações, resolvem esse problema. Mas, seja qual for a abordagem, sempre é preciso conhecer a priori a funçãoobjetivo (FO), e isto não é tarefa fácil, pois devem ser conjugados objetivos de satisfação de necessidades sociais, políticas, ambientais e econômicas, o que gera um verdadeiro problema de otimização multiobjetivo e multicritério. Este trabalho teve como foco principal elaborar um modelo de decisão para ajudar na formulação da FO, adotando o paradigma multiobjetivo/multicritério, explorando inclusive o relaxamento difuso de pareceres dos decisores. Foram utilizadas apenas ferramentas computacionais (software e hardware) simples, de ampla difusão entre os engenheiros e de baixo custo, como a planilha de cálculo Excel e o programa Idrisi 32, procurando explorar suas aptidões e limitações, sem recorrer à elaboração e/ou utilização de códigos computacionais próprios, sobre os quais muitas pessoas sentem receios até não serem testados suficientemente. Foi obtido um sistema de apoio à decisão eficaz e de fácil utilização e sua possibilidade de aplicação foi testada na definição do traçado ótimo de parte da defesa norte da cidade de Resistencia (Argentina).

Inspeção e monitorização de estruturas em engenharia civil: utilização de UAV na inspeção e monitorização

Nesta tese são abordadas as tipologias e metodologias de monitorização e observação de infraestruturas em engenharia civil, nomeadamente através de aplicação de vários métodos de medição, de ensaios e também com implementação de sensores. Esta tese pretende abordar de uma forma mais concreta a utilização de plataformas UAV (Unmanned Aerial Vehicle) que apresentam vantagens consideráveis para ser utilizado na monitorização de infraestruturas devido à rapidez de aquisição de dados, mobilidade, segurança e ao baixo custo de aquisição e exploração. A monitorização com UAV consiste no aproveitamento de uma plataforma que pode transportar variadíssimos equipamentos para registo de dados, como câmaras e sensores de várias ordens, de uma forma rápida, económica e segura. Os UAV’s possibilitam o tratamento rápido da informação por eles recolhida, em tempo real ou em pós-processamento. Os dados recolhidos, dependendo do tipo de infraestruturas e objetivos, podem ser analisados com diversas aplicações que tratam os dados de acordo com as necessidades, tais como, modelação em 3D, modelos de elevação, cálculo de áreas, termografia, fotogrametria, etc. Nesta tese são apresentados alguns casos práticos onde se evidencia a vantagem da utilização do UAV na monitorização de infraestruturas, onde se verifica a rapidez, eficiência e qualidade na recolha de informação com o reduzido custo de exploração.

Diretrizes para a melhoria do nível de serviço logístico na execução de perícias criminais de engenharia civil: um estudo de caso

No presente trabalho, são discutidas questões relacionadas à verificação e à análise do nível de serviço logístico, prestado pelo Estado, na execução de perícias criminais de engenharia civil. Foram considerados fatores como equipamentos e meios de transporte utilizados, qualificação dos profissionais envolvidos, padronização de procedimentos adotados e a emissão de laudos periciais. O objetivo é a obtenção de diretrizes na atividade estudada, através da identificação das possíveis oportunidades de melhoria existentes na gestão desta área da Criminalística, considerando-se os componentes de desempenho logísticos relacionados aos fatores chaves: estoque, transporte, instalações e informação. A estratégia de pesquisa utilizada foi o estudo de caso, com o emprego de relatórios estatísticos e entrevistas semi-estruturadas aos gestores do órgão responsável pela atividade pericial no Pará. Quanto aos resultados obtidos, ao se analisar o conteúdo das entrevistas realizadas, observou-se que as hipóteses de trabalho apresentavam correlação com algumas das diretrizes logísticas elaboradas, tais como o aumento na eficiência do nível de serviço logístico na atividade estudada através da adoção de procedimentos operacionais padronizados.

A aprendizagem baseada em problemas (ABP): uma aplicação na disciplina “Gestão empresarial” do curso de Engenharia Civil

A metodologia da Aprendizagem Baseada em Problemas (ABP), diferentemente dos métodos de ensino convencionais, é uma metodologia que usa problemas para diminuir a lacuna entre a teoria e a prática no processo de aprendizagem. Além de favorecer a construção de conhecimentos, se propõe a contribuir para o desenvolvimento de algumas capacidades profissionais não técnicas, consideradas importantes para a prática do engenheiro em uma sociedade em constantes e rápidas transformações. Este trabalho, uma pesquisa-ação, buscou vivenciar e analisar a eficiência do método durante sua aplicação na disciplina “Gestão Empresarial”, ministrada a alunos do penúltimo e último semestre do Curso de Graduação em Engenharia Civil. Os dados para a análise foram coletados por meio de observação participante do professor/tutor da disciplina e de relatórios de avaliação, nos quais os alunos opinavam sobre a ABP, suas vantagens e desvantagens e seu potencial para atingir os objetivos propostos. Nos três estudos de caso realizados, apesar de aplicados em turmas diferentes, evidenciam-se através dos relatórios apresentados pelos alunos e de avaliações feitas durante todo o processo, a ocorrência tanto da aprendizagem dos conhecimentos quanto o desenvolvimento de algumas habilidades e atitudes objetivadas pela disciplina, tais como: capacidade de pesquisa, desenvolvimento de espírito empreendedor e busca de conhecimentos inovadores. De forma geral, os alunos reagiram positivamente à ABP, o que sugere sua possível utilização nos contextos estudados. A metodologia também demonstrou ser um instrumento interessante de desenvolvimento profissional para o professor/tutor, no que concerne ao aprimoramento docente.

A percepção de docentes, discentes e egressos do curso de engenharia civil - campus de Bauru: sobre algumas questões curriculares

Pós-graduação em Educação - FFC

Utilização de sensores à base de fibra óptica visando o monitoramento de grandes estruturas na engenharia civil

As fibras ópticas são utilizadas em diferentes áreas e nas mais variadas aplicações. Na Engenharia Civil começaram a ser utilizadas no monitoramento de estruturas como alternativa de substituição dos tradicionais sensores elétricos. Este trabalho tem como objetivo estudar a aplicação e viabilidade dos sensores a base de fibra óptica no monitoramento de grandes estruturas da engenharia civil. Para avaliação dos resultados, foram realizados três diferentes tipos de testes experimentais onde corpos-de-prova foram instrumentados com extensômetros elétricos e ópticos. O primeiro tipo de teste correspondeu a ensaios de tração simples em barras de aço com carregamento monotônico até o rompimento de barras de aço. No segundo tipo de teste foi estudada a automação de um medidor triortogonal de junta que é um instrumento tipicamente utilizado para a instrumentação de barragens de concreto. Finalmente o último tipo de testes foi constituído por ensaios de cilindros de concreto à compressão para a determinação do módulo de elasticidade. Com relação à utilização dos sensores ópticos, durante a realização dos testes surgiram muitos problemas relacionados com a unidade óptica de aquisição de dados sendo necessária a utilização de três diferentes modelos de unidade de aquisição para a conclusão dos testes. No que se refere à exatidão dos resultados, observou-se que os resultados apresentados pelos sensores ópticos foram compatíveis com os resultados dos sensores elétricos. Entretanto, quando os sensores ópticos foram solicitados por grandes deformações implicaram em perda de sinal devido à interrupção do fluxo de luz, inabilitando o sensor para leituras.