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Estudo numérico e experimental do desempenho de barreiras acústicas com estrutura periódica

Palavras-chave: Barreiras acústicas,Cristal sónico,Ruído de tráfego rodoviário

O ruído de tráfego representa uma preocupação para a saúde da população, principalmente a que habita os grandes centros urbanos. Assim, a implantação de barreiras acústicas revela-se como uma das principais medidas de mitigação adotadas. Por forma a otimizar o efeito gerado por uma barreira acústica tradicional, nas últimas décadas, têm sido alvo de estudo barreiras com diferentes configurações, como é o caso das barreiras acústicas com estrutura periódica baseadas no conceito de cristal sónico. A tipologia de barreira considerada nesta dissertação apresenta, como principal vantagem, o facto de inibir a passagem de ondas sonoras em determinadas gamas de frequência, denominadas “bandgaps”, permitindo a passagem de energia através da barreira para as restantes gamas de frequência. No presente trabalho foi analisado o comportamento de barreiras acústicas baseadas no conceito de cristal sónico recorrendo a estudos numéricos e experimentais. Assim, numa primeira fase, foi realizado um estudo comparativo entre os resultados obtidos experimentalmente e os resultados obtidos através de modelos numéricos 2D e 3D, onde se procurou analisar o comportamento acústico de diferentes barreiras através do parâmetro de perda por inserção. Numa segunda fase, efetuou-se um estudo paramétrico e comparativo para diferentes soluções de barreiras acústicas, variando a geometria dos cilindros dispersores e o seu arranjo na estrutura da barreira. Uma vez realizadas as diferentes análises é possível concluir que barreiras acústicas com uma estrutura periódica representam uma alternativa válida às barreiras acústicas ditas tradicionais, principalmente quando se pretende inibir a propagação das ondas sonoras numa dada gama de frequência.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise experimental/FEM de vigas híbridas vidro-aço

Palavras-chave: Vigas de vidro-aço

As construções com vidro e aço são cada vez mais solicitadas na arquitetura contemporânea. Para esse facto contribuiu o aparecimento do vidro estrutural, um material inovador que, quando combinado com o aço, apresenta um potencial estético e sinergético extraordinário que satisfaz a procura constante da transparência e convergência entre os meios exterior e interior. O vidro isolado é tradicionalmente frágil, mas os recentes desenvolvimentos tecnológicos como a têmpera ou a laminagem tornaram-no mais resistente, dúctil e previsível. O conceito inovador de vigas híbridas vidro-aço consiste em acrescentar à alma de vidro banzos metálicos ligados através de adesivos, com o objetivo de aumentar a capacidade de carga, a estabilidade lateral e introduzir ductilidade na rotura. O comportamento estrutural do sistema híbrido pode ainda ser melhorado através da introdução de sistemas de Pré-Esforço. A presente tese tem como objetivo caracterizar o comportamento à flexão de vigas híbridas em I, com e sem Pré-Esforço. Foram realizados ensaios à escala real, à escala reduzida e desenvolvido um modelo numérico de elementos finitos que, articuladamente, permitissem conhecer o comportamento deste tipo de sistema híbrido. Os ensaios à escala reduzida permitiram a caracterização dos materiais e a calibração do modelo numérico. A otimização das dimensões das vigas e do Pré-Esforço foi obtida através de métodos analíticos. As conclusões foram estabelecidas com base na comparação dos resultados experimentais com os resultados numéricos e analíticos de sistemas híbridos simples e Pré-Esforçados. O estudo é apresentado na presente dissertação e mostra que a adoção deste tipo de sistemas híbridos permite ultrapassar as desvantagens inerentes à utilização das vigas de vidro simples, modificando-lhes o comportamento em três requisitos relevantes para a segurança das estruturas, a saber: incrementar a resistência; introduzir rotura dúctil, com aumento significativo deformação após a fendilhação inicial do vidro e evitar o colapso explosivo do vidro.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Conectores T-PerfobondUnconnected submetidos a carregamento monotónico

Palavras-chave: Conectores de corte T-Perfobond,Estruturas mistas

Na presente dissertação de Mestrado Integrado no domínio da construção metálica e mista, será realizada uma investigação sobre o comportamento estrutural de Conectores de corte tipo T-Perfobond sem soldadura nos banzos. Este trabalho contempla uma revisão bibliográfica da literatura sobre o tema, seguida de uma parte experimental através de ensaios do tipo push-out. Nesta etapa foram testados conectores do tipo T-Perfbond, monotonicamente, fazendo variar alguns parâmetros relevantes no comportamento da ligação. O comportamento de estruturas mistas é baseado na ação conjunta entre o perfil de aço e o betão armado, à custa do desenvolvimento de forças longitudinais de corte. Ensaios em estruturas mistas mostram que, para baixos valores de carga, a maior parte do corte longitudinal é desenvolvida na interface por aderência química entre a pasta de cimento e a superfície de aço. No entanto, para cargas mais elevadas é necessário o uso de conectores de corte para transmitir o corte na interface aço-betão. Sendo usada uma metodologia experimental, serão preparados e realizados 8 ensaios tipo push-out monotónicos, com o objetivo de caracterizar o comportamento dos conectores, com a variação de parâmetros chave. As variáveis para o problema são a quantidade de armadura dentro dos orifícios, a classe de resistência do betão e a ligação do conector ao perfil metálico. O principal conector em estudo nesta tese é um conector derivado do já existente T-Perfobond, o T-PerfobondUnconnected. A diferença será a inexistência de soldadura no banzo do conector com o objetivo de se obter um conector com maior ductilidade. Os resultados obtidos nos ensaios monotónicos são representados em curvas força-escorregamento, e serão analisados comparativamente por forma a avaliar a importância relativa de cada parâmetro. Por fim, serão utilizados modelos analíticos com o objetivo de avaliar a sua adequabilidade às ligações em análise. Será também proposto um modelo analítico para o cálculo da capacidade de carga do conector T-PerfobondUnconnected.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Contribuição para a caracterização de Leis de Vazão de orifícios em condutas sob pressão: Análise laboratorial de fugas e perdas em sistemas sob pressão

Palavras-chave: gestão de pressões,modelação experimental,coeficientes de vazão de orifícios e fendas,pressure managing,experimental modelling,hole flow coefficient

A redução das fugas e perdas em sistemas de distribuição de água constitui um dos principais desafios para as Entidades Gestoras destes sistemas, não só devido à dimensão económica, social e ambiental do problema, mas também porque reflete a qualidade dos serviços prestados aos seus consumidores. Ainda que a minimização das perdas até valores nulos não represente uma alternativa economicamente viável ou tecnicamente possível, as Entidades Gestoras têm vindo a ser confrontadas com os elevados volumes de água perdidos ao longo dos sistemas de distribuição e com uma cada vez maior escassez dos recursos hídricos facilmente acessíveis. Neste contexto, uma forma eficaz de contribuir para a resolução do problema passa pela implementação de programas de deteção, localização e reparação de perdas resultantes de fugas, roturas e extravasamentos do sistema, ao nível das tubagens e das respetivas juntas que constituem o sistema de distribuição, com vista a atingir a sustentabilidade do sistema ao longo do tempo. Sabendo que a quantidade de água escoada para o exterior das condutas, em redes reais, através de uma fuga ou de uma rotura está diretamente relacionada com a pressão de serviço e o tipo de material que constitui a conduta, importa determinar experimentalmente um coeficiente que relacione estes dois parâmetros. Na presente dissertação será realizado um conjunto de trabalhos laboratoriais com o objetivo de determinar coeficientes de vazão mais adequados para as fugas e roturas mais correntes nos sistemas de abastecimento de água. Para tal, será realizado um trabalho laboratorial onde se consideram diferentes tipos de rotura (orifícios e fendas), para diferentes caudais e pressões de serviço, tendo sido ensaiados tubos recolhidos em sistemas nos quais ocorreram fugas reais

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Agrupamento de conectores aço-betão perfurados

Palavras-chave: Conectores,Vigas mistas aço-betão

As estruturas mistas, nomeadamente as compostas por betão e aço, têm evoluído de forma a tornarem-se uma solução cada vez mais eficiente e económica. A ligação entre os materiais constituintes através de conectores tem sido, ao longo do tempo, um aspeto muito estudado, uma vez que assegura o comportamento misto. Um conector que tem revelado uma excelente resposta estrutural é o conector Perfobond. Diversas tipologias e disposições foram já abordadas, no entanto o estudo do agrupamento destes conectores encontra-se longe de estar concluído. Esta dissertação de Mestrado Integrado apresenta o estudo da resposta estrutural do agrupamento de conectores Perfobond colocados lado a lado, com diversas configurações. O principal objetivo passa por avaliar a resistência da conexão, a ductilidade, modo de rotura e comparação de carga suportada por cada configuração de agrupamento de conectores, de maneira a obter uma formulação analítica para a interação dos conectores. O trabalho experimental desenvolveu-se nas instalações do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, tendo sido realizados dezasseis ensaios do tipo “push-out”, submetidos a carregamento monotónico. Foram estudados cinco agrupamentos diferentes de conectores Perfobond e um agrupamento de Studs. O programa experimental cumpriu as especificações preconizadas no Eurocódigo 4 para este tipo de ensaios. São descritas as principais características do trabalho experimental, tais como, a instrumentação, o procedimento de aplicação das cargas, as condicionantes laboratoriais e as geometrias ensaiadas. Os resultados são apresentados e discutidos, tecendo-se algumas considerações sobre os mesmos. São ainda apresentadas comparações com os modelos analíticos existentes, e proposto um modelo analítico para a resistência de múltiplos conectores. Finalmente, são apresentadas algumas propostas para trabalhos futuros.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação da determinação experimental do coeficiente de transmissão térmica com recurso à Termografia

Palavras-chave: Comportamento térmico de edifícios,Termografia por infravermelhos

Na União Europeia (UE), quase 40% do consumo final de energia é atribuível à habitação. A Europa 2020 define como metas, que as emissões de gases com efeito estufa deve ser 20% menor, 20% da energia deve ser proveniente de fontes renováveis e um aumento da eficiência energética em 20%. Com estes objectivos definidos, considera-se importante um adequado conhecimento do consumo de energia em edifícios. De forma a compreender o desempenho térmico das envolventes dos edifícios, em particular durante as auditorias energéticas e processos de certificação, tem vindo a tornar-se importante o uso de técnicas que permitam aferir o coeficiente de transmissão térmica (U) das soluções construtivas. A determinação do valor de U tem-se revelado um desafio sempre que a constituição da solução construtiva é desconhecida. Nestes casos pode ser estimado, por exemplo, através da técnica dos termofluxímetros ou por aplicação da técnica de termografia infravermelha (IRT). A IRT consiste na aplicação de uma técnica, com ausência de contacto, em relação à superfície em estudo, que recorre a um dispositivo de aquisição de radiação infravermelha para adquirir imagens térmicas. Uma vez que todos os corpos emitem radiação infravermelha em quantidade proporcional à quarta potência da sua temperatura e emissividade da sua superfície, é possível, através desta técnica, estimar as temperaturas superficiais. Assumindo um regime permanente essas temperaturas superficiais, em simultâneo com a temperatura ambiente, podem ser usadas para estimar a transmissão térmica através de soluções construtivas. Neste trabalho é avaliada a aplicação da técnica de termografia infravermelha para determinação da resistência térmica de soluções construtivas compostas por uma camada ou multicamada. Para este efeito são consideradas três expressões alternativas para estimar o valor de U. Os coeficientes estimados com o apoio da técnica de IRT são comparados com os calculados de acordo com a ISO 6946:2007 e também com os obtidos com termofluxímetros.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Encurvadura por flexão-torção de colunas-viga elásticas com secção aberta de parede fina - Avaliação dos efeitos da dedormação de pré-encurvadura

Palavras-chave: Colunas,Vigas,Encurvadura de vigas

O colapso de uma estrutura pode ocorrer, essencialmente, de dois modos (1) rotura material ou (2) instabilidade estrutural. No caso particular das estruturas metálicas, o facto de os aços disponíveis no mercado possuírem resistências cada vez mais elevadas tem conduzido à concepção e construção de estruturas progressivamente mais esbeltas. No entanto, isto pode conduzir à ocorrência de fenómenos de instabilidade (ou de encurvadura). Assim, a análise e dimensionamento deste tipo de estruturas são fortemente condicionados pela necessidade de ter em consideração este tipo de fenómenos. Uma barra esbelta sujeita a flexão em torno do eixo de maior inércia (viga ou coluna-viga) pode instabilizar por flexão-torção se a sua zona comprimida não estiver adequadamente contraventada. Trata-se de um fenómeno de instabilidade bifurcacional em que (1) a trajectória de equilíbrio fundamental corresponde à flexão no plano de maior inércia e (2) o modo de instabilidade envolve, simultaneamente, flexão em torno do eixo de menor inércia e torção. Este tipo de instabilidade é particularmente relevante em barras com secção aberta de paredes finas, visto que estas apresentam, em geral, uma rigidez de torção reduzida. O objectivo central deste trabalho consiste em formular, implementar computacionalmente e verificar um elemento finito de barra que permita considerar a influência dos deslocamentos de pré-encurvadura na análise da bifurcação por flexão-torção, em regime elástico, de colunasviga prismáticas com secção aberta de paredes finas duplamente simétrica.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Reforço de estradas não pavimentadas

Palavras-chave: Pavimentação -- estradas,Geossintéticos

As estradas não pavimentadas representam uma grande percentagem da totalidade das estradas, não só em países em desenvolvimento, mas também em países ditos desenvolvidos. O facto de a estrada permitir o acesso da população de uma zona rural a uma zona urbana, ou vice-versa, faz desta infraestrutura uma obra muito importante no desenvolvimento da região e, até mesmo, do país. De referir, o facto de este tema não ser ainda um tema muito estudado, o que torna, este trabalho, ainda mais aliciante. A construção da estrada está associada a problemas de estabilidade e deformabilidade. A sua construção deve ser pensada para que este tipo de problemas seja minimizado e para que estas tenham a maior durabilidade possível. Para tal, existem várias técnicas de reforço que permitem colmatar e prevenir futuros danos. O uso de geogrelhas, como reforço, faz todo o sentido devido às suas propriedades de aumento da resistência e da estabilidade do solo. Pretende-se analisar, laboratorialmente, a influência do tipo de solo na construção da estrada, a influência de uma fundação instável, a influência da secagem do solo e, ainda, a influência da colocação de uma geogrelha sobre a fundação instável. Todas estas análises são feitas com quatro tipos de solo preparados em laboratório. A avaliação da resistência da estrada será feita por intermédio de ensaios de pista, que fornecem informação das deformações do solo aquando a passagem dos veículos sobre o solo. O objetivo é saber qual (ais) o (s) solo (s) de eleição para cada uma das situações de ensaio e qual o solo que se ajusta melhor a todas elas. Do presente trabalho, conclui-se que o comportamento dos solos é realmente muito influenciado pelo tipo de solo e, ainda mais influenciado pela existência ou não de uma fundação instável e de um reforço

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Atenuação de vibrações em pavimentos - Estudo experimental

Palavras-chave: Pavimento de edifícios,Pavimento de madeira,Vibrações em pavimento

A evolução da construção aliada à evolução das tecnologias conduziu ao projeto de edifícios construídos com materiais mais leves e de alta resistência e com maiores vãos. Contudo, este tipo de edifícios é mais sensível a problemas relacionados com as vibrações. A incomodidade provocada pelas vibrações em edifícios é mencionada, frequentemente, como uma causa de desconforto pelos seus utilizadores. As vibrações podem estar associadas ao aumento de atividades humanas (em ginásios, escritórios) à diminuição das frequências naturais dos pavimentos devido ao aumento dos vãos; e à diminuição da massa e do amortecimento dos pavimentos. Em edifícios mistos, devido à coexistência de diferentes usos no mesmo edifício, é difícil prever, em fase de projeto, qual será a utilização dada aos espaços. Quando a atividade a ser instalada é geradora de vibrações incómodas e de grandes amplitudes torna-se necessário requalificar o espaço em questão (ex: ginásios). Na presente dissertação apresenta-se um estudo experimental de soluções (de pavimento flutuante) de requalificação de pavimentos para os adaptar ao funcionamento de ginásios. Neste estudo é avaliada a atenuação de vibrações conferida por cada uma das soluções estudadas. Esta atenuação é dependente de diversos fatores tais como a massa da solução, a rigidez da base que os suporta e as características da excitação aplicadas sobre os pavimentos. As soluções estudadas baseiam-se na colocação de apoios resilientes discretos sobre os quais é aplicada uma solução de piso flutuante leve multicamada à base de painéis derivados de madeira e uma solução de piso flutuante pesada constituída por uma lajeta de betão armado. Durante o estudo avaliou-se a influência de diferentes parâmetros na atenuação de vibrações: o tipo de apoios resilientes discretos; o tamanho da caixa-de-ar; a presença ou não de lã de rocha na caixa-de-ar; o número de camadas de painéis de derivados de madeira e mantas resilientes.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Validação de critérios de classificação de ligações viga-pilar de estruturas de betão armado

Palavras-chave: estrutura,pórtico,ligação viga - pilar,critérios simplificados,modelação,structure,frame,beam-column joint,simplified criteria,modeled

A flexibilidade das ligações viga-pilar em estruturas porticadas de betão armado pode conduzir a um agravamento significativo da flexibilidade global de estruturas não contraventadas. Ainda assim, os modelos mais comuns para modelar ligações viga-pilar deste tipo de estruturas, ou assumem que estas são completamente rígidas (modelo rígido) ou consideram a sua deformabilidade por intermedio do prolongamento das vigas e dos pilares para o interior da ligação (modelo de eixos). Apesar de estarem disponíveis modelos mais rigorosos, designados por modelos explícitos, estes são mais complexos e não estão suficientemente consolidados. Para identificar os casos em que os modelos simplificados anteriores podem ser usados sem erros significativos, foram recentemente desenvolvidos um conjunto de critérios simplificados de classificação de ligações viga-pilar por rigidez que visam identificar se as ligações viga-pilar de uma determinada estrutura podem ser modeladas de forma não explícita, ou se uma modelação mais rigorosa é necessária. No presente trabalho, foi levado a cabo um estudo paramétrico tendo em vista avaliar a correspondência entre os resultados da aplicação dos critérios simplificados e o comportamento efetivo das estruturas porticadas, tendo-se mostrado que os critérios simplificados recentemente desenvolvidos, em algumas situações, podem ser excessivamente conservadores. No seguimento da conclusão anterior, os critérios simplificados foram calibrados a fim de se adaptarem melhor ao conjunto de estruturas analisadas no estudo paramétrico. Com os critérios simplificados devidamente calibrados obtiveram-se menores discrepâncias entre o resultado da análise de estruturas e a aplicação dos critérios simplificados de classificação

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Argamassas de cal com incorporação de resíduos de cerâmica branca: Estudo do seu comportamento

Palavras-chave: Argamassas de cal,Resíduos cerâmicos,Reabilitação de edifícios,Cal hidráulica

Na reabilitação de revestimentos exteriores antigos deve ter-se em conta que são os elementos mais expostos a degradação, e por isso, devem apresentar propriedades mecânicas e higrotérmicas adequadas para um bom desempenho. Assim, a produção da argamassa deve ter aparência e constituição próximas das originais, para compatibilizar com a argamassa pré-existente e o suporte. Tendo em conta os desperdícios resultantes da indústria cerâmica e da construção, acrescendo a preocupação ambiental e a limitação do consumo de recursos naturais, pretende-se com este trabalho avaliar a viabilidade da reciclagem de resíduos de cerâmica branca, por incorporação em argamassas, em substituição parcial de agregado. Assim, podemos obter valorização económica destes resíduos aliando o conceito de reabilitação ao da sustentabilidade. Assim é analisada a influência de resíduos de cerâmica branca, nomeadamente, faiança e porcelana, em argamassas de cal hidráulica natural (NHL 3,5) ao traço volumétrico 1:3. A incorporação de resíduos será feita em granulometria dispersa com substituição parcial de 20% e 40% do volume de agregado. Os resultados obtidos são comparados com argamassas de referência, que contêm apenas cal hidráulica natural e areia. As argamassas serão ensaiadas, aos 28 dias, para avaliar as suas propriedades mecânicas e o seu comportamento face à presença de água. Verificou-se que a incorporação de resíduos cerâmicos por substituição parcial de agregado permite moldar o comportamento de argamassas de cal hidráulica natural, conforme o tipo e a quantidade de resíduo. Estas argamassas, no cômputo geral, apresentam melhores resultados nos ensaios mecânicos, no entanto, para o ensaio de secagem e permeabilidade ao vapor de água não se verifica o mesmo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias