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Avaliação da energia operacional e impactes ambientais em edifícios

Palavras-chave: Energia operacional

Nos países ditos mais desenvolvidos, o consumo de energia nos edifícios é muito significativo, mesmo comparando com outros sectores de atividade altamente dependentes de energia, como os transportes ou a indústria. A nível Europeu, isto conduziu à intensificação da pressão a nível regulamentar e legislativo afim de melhorar o desempenho energético e reduzir os impactes ambientais no sector da construção, sem comprometer o conforto, custos monetários, estética ou funcionalidade. As fases iniciais do projeto de qualquer edifício incluem um variado número de decisões que têm uma forte influência no comportamento térmico, desempenho energético e ambiental do edifício durante toda a sua vida útil. É de extrema importância que os projetistas tenham ao seu dispor ferramentas que lhes permitam estimar este desempenho energético e ambiental logo no início do projeto, por forma a terem consciência do impacto das suas decisões ao longo da vida útil do empreendimento e assim optarem por soluções informadas, que optimizem este desempenho. Esta dissertação apresenta dois principais objetivos. Numa primeira fase a revisão do estado da arte relativamente ao comportamento térmico, desempenho energético e ambiental de edifícios, focada nos aspetos legais/ normativos e nas ferramentas de avaliação e cálculo nesta área. Posteriormente apresentar-se-á um estudo paramétrico afim de analisar e quantificar a influência nos consumos energéticos e desempenho ambiental de diversos fatores diretamente relacionados com o desempenho dos edifícios nestas duas vertentes. O estudo paramétrico é realizado recorrendo a uma ferramenta numérica de cálculo simplificado desenvolvida no âmbito de um projeto Europeu de investigação (SB_Steel: Sustainable Building Project in Steel). Através desta ferramenta é possível estimar, em fases iniciais do desenvolvimento do projeto dos edifícios, os consumos energéticos direcionados à climatização e aquecimento de água sanitária, registados durante a fase operacional dos edifícios. Além do desempenho energético, este software permite também quantificar de forma aproximada os impactes ambientais do edifício durante o seu ciclo de vida

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Cenários de mobilidade sustentável em centros históricos

Palavras-chave: Centros Históricos,Desenho Urbano,Qualidade do Espaço Público
Mobilidade Sustentável

Uma área na zona histórica de Coimbra designada de "Alta de Coimbra e Rua da Sofia", foi recentemente classificada como Património Mundial pela UNESCO, sendo uma oportunidade única que ativou numerosas iniciativas, encorajadas pela Universidade de Coimbra e pela Câmara Municipal. Um dos desafios que se coloca é a questão da mobilidade, uma questão menos tratada no processo de classificação da UNESCO (que é focado principalmente em edifícios). A qualidade do espaço público em geral, e no caso de infraestruturas adequadas para a mobilidade além da gestão da mobilidade, não são áreas definidas claramente como critérios para a classificação pela UNESCO. E a mobilidade tem também influência na conservação e promoção do património edificado. A principal motivação deste trabalho é assim a necessidade de incentivar a classificação que considera não apenas os edifícios, mas também características específicas dos espaços públicos. Isso aplica-se certamente aos centros históricos e à necessidade de promover novas abordagens para a reabilitação e para o uso dessas áreas, devolvendo-lhes a “vida pública”. A qualidade do espaço urbano pode ser medida por vários indicadores urbanos. A questão da mobilidade (em termos de infraestrutura e de gestão) é um aspeto fundamental para a qualificação urbana, e pode ser medida por indicadores de mobilidade sustentável. A quantificação destes indicadores pode ser direta ou com recurso a técnicas de síntese do espaço, tais como a Sintaxe Espacial no caso da construção de indicadores relacionados com a conetividade. Vários cenários foram testados combinando vários indicadores e as suas possíveis alterações, privilegiando as melhorias ao nível dos modos suaves, transporte público e mobilidade pedonal. Os resultados devem fornecer orientações para apoio à decisão em políticas de mobilidade sustentável nos Centros Históricos. Além do Depthmap (Técnica de Sintaxe Espacial), os programas utilizados são ArcGIS, AutoCAD e a técnica de análise multicritério TOPSIS. Os resultados incluem a identificação e medição dos indicadores mais adequados para a classificação dos espaços públicos em áreas candidatas a Património Mundial. Com base nisso, foi desenvolvida uma ferramenta para criar diversos cenários dentro de uma decisão de apoio de análise multicritério que permite comparar o diagnóstico para a "Alta de Coimbra", com o desenvolvimento de diferentes cenários para futuras melhorias na área

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise numérica de ligações de emenda aparafusadas inovadoras entre perfis de secção tubular

Palavras-chave: Estruturas de aço,Ligações de estruturas

Em construção metálica, as soluções com perfis tubulares apresentam inúmeras vantagens, ao permitirem associar a eficácia, leveza e sustentabilidade das estruturas em aço, com a vertente arquitetónica que é possível explorar graças à geometria destes perfis. Uma das vantagens das estruturas metálicas é a possibilidade de produzir em fábrica os diversos elementos estruturais, sendo muitas vezes necessário segmentar estes elementos, prevendo ligações de emenda, para permitir o seu transporte e assemblagem no local da obra. As configurações de ligações de emenda entre perfis de secção tubular mais usadas atualmente são bastante grosseiras e pouco estéticas (aparafusadas) ou onerosas (soldadas). O estudo das ligações entre os elementos estruturais é uma das mais importantes fases da conceção de um projeto de estruturas metálicas. Uma vez que as ligações são componentes condicionantes no comportamento da estrutura, por garantirem a transmissão de esforços entre os elementos estruturais, o seu dimensionamento afeta largamente vários aspetos do projeto, como sejam económicos, de segurança e até mesmo estéticos. Com este trabalho pretende-se elaborar um estudo numérico de ligações de emenda aparafusadas, entre perfis de secção tubular, sujeitas a esforço axial, utilizando configurações inovadoras, que possam ser uma alternativa economicamente viável e esteticamente apelativa às soluções convencionais. Os desenvolvimentos e conclusões agora apresentados são a etapa final de um vasto estudo de otimização estrutural que incluiu várias etapas com forte componente experimental. A principal tarefa desta dissertação consiste no desenvolvimento de modelos numéricos por elementos finitos, devidamente calibrados através dos resultados dos ensaios experimentais realizados nas etapas anteriores do estudo. Estes modelos numéricos serão a base para a realização um estudo paramétrico de caracterização do comportamento estrutural da ligação. O objetivo fundamental desta dissertação é a validação dos modelos de cálculo e de dimensionamento atualmente preconizados pelo Eurocódigo 3 – Parte 1-8 e o estabelecimento de limites geométricos que assegurem um adequado desempenho mecânico da ligação em condições reais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise teórico e numérica de vigas mistas madeira-betão

Palavras-chave: Vigas mistas madeira-betão

O desenvolvimento de estruturas mistas madeira betão na Europa teve inicio no século XX, devido à escassez do aço. Dando início então a vários estudos do seu comportamento e da sua performance. Nos dias de hoje está técnica é muito utilizada em reabilitação de pavimentos antigos de madeira. O uso de betão de agregados leves em alternativa ao betão normal corrente possui vantagens no desempenho da viga, sendo o mais significativo a diminuição do peso próprio da estrutura. A madeira maciça de secção circular apresenta maior rigidez e resistência, alem de exigir menos processamento do que as madeiras trabalhadas. Sendo então uma combinação com comportamento promissor. Com o intuito de analisar o comportamento das estruturas mistas madeira-betão com a utilização de betão leve estrutural, foi estabelecido uma campanha experimental conjuntamente com o desenvolvimento de um modelo numérico. A campanha experimental consistiu em ensaios de vigas mista de madeira-betão de curta duração, sendo os resultados obtidos depois analisados e comparados com o modelo numérico desenvolvido. O modelo numérico baseia-se no anexo B do EC5, que foi utilizado num exemplo de aplicação para melhor compreender o seu processo de calculo, os parâmetros que tem em conta e os resultados que podem ser obtidos deste. Os resultados assim obtidos da campanha experimental foram analisados, comprovando a influencia da ligação sobre o comportamento das vigas e sobre sua capacidade de carga. Da comparação dos resultados do modelo e da campanha experimental, verificou-se uma grandes diferenças dos valores, levando a crer que o modelo não fornece uma boa aproximação do comportamento das vigas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização do eucalípto globulus para aplicação estrutural

Palavras-chave: Eucalípto globulus

A presente dissertação constitui uma análise realizada a elementos de madeira maciça de Eucalipto globulus com o intuito de estudar os processos e parâmetros que resultam de uma classificação visual e mecânica neste tipo de madeira. Durante o processo de investigação em causa a caracterização da madeira passou por várias etapas, decorrentes de diferentes processos de classificação. Numa primeira fase procedeu-se à classificação visual da amostra da madeira em estudo, composta por 50 elementos, de acordo com o descrito na norma europeia prEN1310 (CEN, 1995), e tendo em conta todos os aspetos visuais importantes na sua caracterização. Para a classificação visual recorreu-se ao preconizado pela norma europeia EN 14081-1 (CEN, 2005), onde estão estabelecidos os requisitos mínimos. Na segunda fase realizaram-se ensaios não destrutivos dinâmicos, com o objetivo de obter uma classificação dinâmica. Estes ensaios tiveram como foco principal a obtenção dos valores referentes ao módulo de elasticidade dinâmico do material, ou seja, as propriedades de flexão que a madeira em estudo viria a demonstrar. Para a determinação desta propriedade recorreu-se ao método de vibração longitudinal através do uso do aparelho comercial Timber Grader MTG e do Acelerómetro laboratorial. Numa terceira fase recorreu-se a ensaios estáticos, destrutivos e não destrutivos. Nos ensaios não destrutivos foram determinados os módulos de elasticidade estáticos. Os ensaios destrutivos, por sua vez, tiveram como objetivo a determinação da capacidade de resistência à flexão do material em causa. Os ensaios estáticos foram executados segundo o descrito na norma europeia EN 408 (CEN, 2012). Após o apuramento de todos os resultados obtidos o trabalho evoluiu para a análise e comparação dos dados, de acordo com todos os parâmetros e por forma a garantir que fosse possível estimar a resistência dos elementos. A análise e comparação dos resultados foi realizada recorrendo a correlações (simples e múltiplas), de forma a estimar quais os parâmetros e características que melhor descrevem a resistência à flexão das peças estudadas

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Vigas de betão armado submetidas a esforço transverso

Palavras-chave: Vigas de betão armado

Segundo os Eurocódigos, os Estados Limite Últimos, e em particular o esforço transverso, é uma das verificações a efetuar no dimensionamento de estruturas de Betão Armado BA. A avaliação da resistência ao corte depende não só das características resistentes do betão e do aço, mas principalmente das secções das estruturas resistentes, as quais têm vindo a decrescer principalmente por motivos arquitetónicos. O regulamento europeu para o projeto de estruturas de BA, o Eurocódigo 2, propõe duas fórmulas simplificadas alternativas para a avaliação da resistência: a primeira no contexto das peças em que não é requerida armadura específica, e a segunda em que a resistência é proporcional à armadura especificamente colocada para o efeito. No entanto, constatou-se existirem algumas incongruências entre esta abordagem e outras mencionadas em regulamentos equivalentes. Neste contexto, pretende-se avaliar experimentalmente a capacidade resistente e o comportamento das peças de BA sujeitas a esforços de corte. As peças em estudo serão do tipo viga, construídas com diferentes armaduras transversais. O objetivo primordial deste documento consiste em estudar experimentalmente o comportamento destas vigas em termos de resistência e de deformação. Para além disso, são também analisadas outras questões, tais como a deformação de corte, a fissuração, e a abertura de fendas, bem como a análise das referidas expressões simplificadas do EC2 e de outras normas em vigor

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estado da arte em sistemas de reforço de estruturas de madeira baseados em aço ou de FRPs

Palavras-chave: Estruturas de madeira,Reforço estrutural,Polímeros reforçados com fibras

Nos últimos anos, os conceitos de reabilitação e sustentabilidade têm assumido cada vez mais importância por razões como a preservação de valores culturais, a proteção ambiental ou até mesmo por questões económicas. É neste contexto que o tema do reforço estrutural assume cada vez mais importância. Por um lado, assiste-se à necessidade de recuperação do património edificado; por outro, as exigências construtivas são cada vez maiores e os materiais novos têm de acompanhar essa evolução, apresentando características cada vez melhores e sendo mais eficazes. Face ao descrito anteriormente, têm vindo a ser desenvolvidos inúmeros estudos e investigações no âmbito do reforço estrutural, existindo uma grande variedade de propostas e soluções. É neste âmbito que se insere a presente dissertação cujo núcleo central, ou objetivo principal, é o estudo de sistemas de reforço de estruturas de madeira com elementos de aço e FRP’s (Fiber Reinforced Polymers) apresentados até ao presente. A investigação efetuada constitui, assim, essencialmente, uma base de consulta dos estudos previamente realizados por vários autores e peritos desta área. Na sua elaboração, procurou-se conceber um documento de fácil consulta e utilização, com alguns pormenores, julgados suficientemente claros e elucidativos, cuja leitura possa vir a contribuir para um maior e melhor conhecimento sobre um assunto que nos nossos dias assume grande importância e sobre o qual existe pouca organização. Complementarmente é ainda exposta uma pequena pesquisa destinada a apresentar as características e potencialidades dos materiais envolvidos nestas soluções, incluindo a própria madeira, e a fornecer algumas ideias base para a compreensão dos sistemas de reforço mencionados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sistemas de ligação entre painéis de torres eólicas em madeira lamelada colada cruzada

Palavras-chave: CLT,Cabo de aço,Desviador em aço,Energia eólica,Torre eólica,CLT,Steel Cable,Steel Diverter,Wind Energy,Wind Turbine

Para aumentar a potência instalada numa turbina eólica é necessário utilizar torres de maior altura. O aumento da altura implica repensar as soluções existentes, sendo que a madeira lamelada colada cruzada (CLT) se apresenta como uma alternativa viável. A utilização do CLT oferece características vantajosas como a facilidade de transporte e a redução da emissão de gases nocivos para a atmosfera, factor cada vez mais relevante nos tempos actuais. Está a ser desenvolvido um novo conceito de torre eólica, composto por cabos perimetrais localizados no interior da estrutura hexagonal oca. Estes, ao serem traccionados, exercem uma força que é desviada para a madeira através de peças em aço que comprimem os painéis uns contra os outros, formando secções monolíticas. Deste modo, o objectivo principal desta dissertação consiste na montagem de uma aduela de torre eólica em CLT, testar o sistema de compressão dos painéis e compreender o seu funcionamento. Este conceito é inovador pela inexistência de uma estrutura de suporte interior e, pelo método de montagem que permite que seja efectuada em situações climáticas adversas. Toda a informação recolhida na montagem deste projecto, particularmente por se tratar de uma primeira abordagem, reveste-se de especial relevância para futuros projectos a desenvolver nesta área, nomeadamente a observação de perdas excessivas nos desviadores por atrito e flexão lateral, bem como as perdas no aperto com esticadores, que não permitiram obter resultados conclusivos. Paralelamente a este estudo, foi ainda analisada uma ligação entre aduelas, com recurso a chapas metálicas coladas entre cortes longitudinais nos painéis, para transmitir os esforços de tracção desde o topo à fundação da torre

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo experimental de nós de pórticos de madeira em betão armado sujeitos à flexão simples

Palavras-chave: Pórticos de madeira,Ligações madeira-betão

Desde as civilizações primitivas que a madeira é utilizada na indústria da construção. No entanto, com a Revolução Industrial e o surgimento do betão armado na construção, no século XIX, a utilização da madeira foi, de certa forma, desprezada, tendo-se reunido esforços no estudo e utilização do novo material. Numa fase em que se fala muito em sustentabilidade e necessidade de adoção de medidas ecológicas, a madeira volta a ter sua importância como um constituinte principal nas edificações. Acrescentando o facto desta ser de simples aplicação e requerer baixo custo de mão-de-obra. Só na primeira metade do século XX se desenvolveram pesquisas e estabeleceram teorias aplicadas às estruturas em madeira que permitissem chegar a métodos de análise e dimensionamento das mesmas. Um dos principais e enormes problemas que se colocam quando se trabalha com a madeira é o das ligações, uma vez que no processo de construção os vários elementos estruturais precisam de ser ligados entre si e os seus comprimentos são limitados pelas dimensões das árvores, como acontece na madeira maciça, mas também pela existência da descontinuidade do fio em pontos em que haja junção de elementos estruturais. As ligações são geralmente feitas com recurso a dispositivos metálicos. No entanto, neste trabalho, propõe-se o estudo de uma ligação em betão armado em pórticos de madeira de grandes vãos. Este estudo será direcionado para a análise do comportamento desta ligação quando a peça é sujeita à ação conjunta de esforços transverso e momento fletor, por meio de utilização de um esquema de aplicação direta da carga na extremidade da viga do conjunto viga-pilar. Do estudo experimental realizado pôde observar-se que esta ligação possui resistência semelhante às ligações habituais, tendo a rotura ocorrido por delaminação (perda da aderência na interface colada madeira-armaduras).

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise e dimensionamento de lajes mistas com chapa de altura elevada

Palavras-chave: Lajes mistas

As lajes mistas têm tido uma utilização muito intensiva, maioritariamente em edifícios em estrutura metálica e mista aço-betão, porque estas apresentam um conjunto de vantagens que as torna bastante competitivas, tais como: facilidade de execução, simplificação do processo construtivo uma maior rapidez na montagem, dispensa de cofragem e possibilidade de conceber lajes com uma espessura menor e com peso próprio mais reduzido, relativamente às lajes de betão armado. Uma estrutura mista consiste numa solução estrutural composta por elementos constituídos por secções resistentes, nas quais dois ou mais materiais estão ligados entre si e trabalham solidariamente. Desta forma obtém-se elementos estruturais com resistência e rigidez bastante superior à soma da resistência e/ou rigidez individual de cada um dos materiais a trabalhar individualmente. O presente trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de tabelas de dimensionamento direto de lajes mistas com uma chapa perfilada de aço de altura elevada (120 mm), através do desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo automático, em Microsoft Excel, de acordo com o preconizado no Eurocódigo 4, parte 1-1. As lajes serão concebidas com um perfil novo, cuja configuração está a ser desenvolvida no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, para ser produzido por uma empresa metalomecânica nacional. A ferramenta de cálculo desenvolvida prevê a verificação dos estados limite últimos e estados limite de utilização em ambas as fases de comportamento: fase de montagem e fase mista. No que se refere à verificação da segurança ao corte longitudinal (principal modo de rotura das lajes mistas), o Eurocódigo 4, parte 1-1 prevê duas metodologias de avaliação da resistência, o método m-k e o método da conexão parcial, sendo o primeiro o mais conservativo e, atualmente o mais utilizado pela generalidade dos fabricantes. Na presente dissertação, para além da aplicação dos dois métodos, apresenta-se uma discussão e análise comparativa entre ambos. Adicionalmente procede-se ainda a uma análise e discussão do modelo atualmente previsto no Eurocódigo 4, parte 1-1 para a verificação do esforço transverso vertical, por se tratar de um modelo bastante conservativo que não aproveita adequadamente a contribuição da chapa colaborante. E, por isso, é feita uma análise comparativa com o modelo de verificação do esforço transverso, considerando apenas a resistência da chapa perfilada

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Torres eólicas em CLT - Ligação entre painéis a nível das plataformas e juntas verticais

Palavras-chave: Torres eólicas,juntas verticais

A construção de torres eólicas em CLT (madeira lamelada colada) afigura-se viável e economicamente competitiva, havendo já um sistema comercializado no mercado europeu. Encontra-se em estudo, no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, um sistema construtivo alternativo ao anterior, que se crê apresentar algumas vantagens comparativas. No presente trabalho, será ensaiada uma aduela hexagonal de CLT, na qual os painéis individuais são solidarizados por dois sistemas de pré-esforço. Um é realizado por tensão perimetral de um conjunto de cabos, destinando-se a ser utilizado em níveis intermédios entre plataformas. O outro, sobre o qual este trabalho incide, consiste na aplicação de pré-esforço por aperto de varões roscados que desempenham simultaneamente o papel de apoios dos painéis que constituem as plataformas se serviço, que constituem ainda diafragmas rígidos, colocados a alturas regulares, com o objetivo de impedir o modo de deformação por distorção da secção hexagonal. Complementarmente, é feito um estudo preliminar das tensões de corte nas juntas verticais interpainéis, com o propósito de determinar se se conseguirá obviar a estas com o pré-esforço perimetral referido ou se haverá necessidade de recorrer a dispositivos físicos (colagem) ou mecânicos (ligadores) adicionais

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias