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Análise comparativa de diferentes soluções estruturais para coberturas de naves industriais de grande vão

Palavras-chave: Cobertura de edifícios,Cobertura de grande vão

Para a execução de coberturas sobre espaços de grande vão, recorre-se com frequência a soluções em estrutura metálica. Como exemplo refira-se as coberturas dos recintos desportivos e das naves industriais ou comerciais. Nestes casos, o principal desafio do projetista é a conceção de uma solução estrutural que cumpra todos os requisitos de dimensionamento (ELU, ELS e durabilidade), arquitetónicos e de execução pelo mais baixo custo possível. As soluções treliçadas ou atirantadas são frequentemente adotadas por serem bastante leves. Contudo, soluções porticadas, embora mais pesadas, podem constituir boas alternativas por necessitarem de menos mão-de-obra, em particular ao nível do fabrico. Tendo em conta a conjuntura económica atual, torna-se determinante a otimização das soluções, que dependem de diversos fatores, como seja a magnitude das cargas atuantes, os vãos a vencer, entre outros. O objetivo desta dissertação vai de encontro a testar diversos tipos de soluções estruturais, em função das cargas atuantes e vãos a vencer. Mais em concreto, pretende-se pré-dimensionar e efetuar uma análise comparativa do ponto de vista de economia de diversas soluções estruturais distintas para um mesmo problema. No estudo proposto serão analisadas estruturas com vãos crescentes mantendo constante a magnitude da carga aplicada. Para o referido pré-dimensionamento, no que se refere à modelação e à verificação dos limites de tensões e deformações foi usado o software Robot Structural Analysis 2014.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise de imagens em ensaios em modelo reduzido de estruturas de proteção costeira

Palavras-chave: quebra-mar de talude,movimento de blocos,MatlabR,breakwater slope,blocks movement,MatlabR

Os quebra-mares de talude são estruturas de proteção costeira que ao longo da sua vida útil, necessitam muitas vezes de manutenção e reparação. O dimensionamento hidráulico de um quebra-mar baseia-se habitualmente na utilização de fórmulas semi-empíricas, a partir das quais é obtido o peso dos blocos a utilizar. De forma a verificar a estabilidade da estrutura, é necessário construir um modelo à escala, no qual o manto resistente é composto por blocos com o peso obedecendo à semelhança de Froude e aos calculados pelos métodos semi-empíricos. Este modelo é testado face às condições físicas e de agitação marítima gerados de acordo com o local em estudo, e são analisados os movimentos e eventuais quedas dos blocos. Esta análise consiste usualmente na presença e observação atenta de um técnico experiente neste tipo de ensaios. Apesar de experiente, algumas quedas podem ser impercetíveis. Acresce que podem ser efetuados vários ensaios por dia, tornando este trabalho de difícil execução. O presente trabalho tem como objetivo automatizar a análise de queda e movimento de blocos após a atuação da agitação marítima, através do desenvolvimento de um algoritmo criado em Matlab®. Nesta dissertação foram realizados, para duas estruturas, vários ensaios. A partir dos ensaios foram obtidas um conjunto de imagens, as quais foram analisadas pelo algoritmo desenvolvido. O software permite a análise de uma, duas ou sucessivas imagens, a localização no tempo e no espaço de zonas com maior movimento e deteção de arestas de blocos particulares permitindo o cálculo de deslocamentos e rotações

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização da rigidez inicial de areias utilizando Bender Elements

Palavras-chave: Solo arenoso

A caracterização adequada da rigidez de um solo é um aspeto fundamental na modelação do comportamento de qualquer obra geotécnica. Estudos efetuados comprovam que a rigidez é neste tipo de materiais altamente não linear e que só para extensões inferiores a aproximadamente 0.001% se pode assumir um comportamento elástico. Para tão baixas deformações é usual considerar que o solo apresenta uma rigidez constante denominada usualmente por módulo de distorção máximo, Gmax. No entanto para extensões superiores a rigidez tende a decair rapidamente, observando-se uma redução de cerca de 90% do seu valor para extensões da ordem de 1%. Uma das dificuldades na caracterização da curva de degradação da rigidez prende-se com a determinação de Gmax, visto que este parâmetro apenas pode ser obtido realizando ensaios que induzam na amostra níveis de deformação muito pequenos. Uma das possibilidades mais frequentemente utilizadas consiste na realização de ensaios laboratoriais usando bender elements. Este tipo de ensaios permite estimar a velocidade de propagação das ondas de corte, VS, num solo, a qual se encontra diretamente relacionada com o Gmax, desde que se assuma que, para estes níveis de deformação, o solo se pode considerar como estando em regime elástico. O trabalho realizado nesta dissertação tem como principal objetivo a determinação do valor de Gmax de dois tipos de solos arenosos da região de Coimbra, recorrendo a ensaios laboratoriais de bender elements. A avaliação do Gmax tem igualmente como propósito complementar a caracterização destes solos arenosos, que tem já vindo a ser realizada no Laboratório de Geotecnia da Universidade de Coimbra. Para uma maior facilidade de interpretação dos resultados foram utilizadas amostras reconstituídas através um método de pluviação desenvolvido localmente. O trabalho contempla a realização de ensaios em amostras com diferentes densidades relativas a fim de avaliar a influência deste parâmetro na rigidez inicial dos solos. Um outro aspeto analisado é o efeito do confinamento lateral e o seu impacto no valor de Gmax. Para tal, ao longo de cada ensaio a tensão de confinamento das amostras foi progressivamente aumentada até patamares pré-estabelecidos. Pretendeu-se ainda analisar a influência de carregamentos cíclicos no valor da rigidez, pelo que foram executados vários ciclos de carga e descarga em cada ensaio. Por último efetuou-se uma comparação detalhada dos resultados obtidos entre as duas areias de Coimbra ensaiadas bem como com outros valores de referência publicados na bibliografia para solos com características similares.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise da viabilidade da adição da reversibilidade a pequenos aproveitamentos hidroeléctricos pré-existentes

Palavras-chave: Aproveitamentos hidroeléctricos

A produção e o consumo de energia a nível mundial não param de crescer, induzindo um aumento das preocupações ambientais. Os protocolos internacionais com vista a obrigar os países à redução das emissões de CO2 têm levado ao aumento do peso das energias renováveis na produção de energia. Em Portugal essa tendência também se tem verificado, em especial no grande aumento da potência eólica instalada, que embora ambientalmente vantajosa, não permite responder aos picos do diagrama de consumo diário. Mundialmente assiste-se a uma crescente tentativa em aproveitar a energia produzida pelas eólicas durante os períodos de menor consumo. Sendo o armazenamento na forma de energia potencial gravítica da água, a única forma economicamente viável de armazenar energia em grande escala, tem-se recorrido à construção de barragens com albufeira, equipadas com grupos turbogeradores reversíveis, que podem bombear a água temporariamente retida no contraembalse construído imediatamente a jusante. Quando a hidrografia e a orografia não proporciona este tipo de solução, tem-se optado pela criação de sistemas constituídos por reservatórios artificiais, de montante e de jusante, operando em circuito hidráulico fechado munidos de grupos turbogeradores reversíveis, no qual a água nunca é consumida, limitandose a circular alternadamente de montante para jusante e vice-versa. Na União Europeia, Portugal lidera essa tendência com a construção de novas barragens reversíveis e a modernização das existentes, em grande parte devido à necessidade de regularizar o extraordinário aumento de energia eólica instalada nos últimos anos. Se relativamente às grandes hídricas as vantagens da reversibilidade são já amplamente reconhecidas, o mesmo não se passa em relação à adição desta valência a pequenos aproveitamentos hidroelétricos (PAH) pré-existentes. Neste âmbito, a presente dissertação pretende dar um contributo para o estudo da viabilidade da adição de reversibilidade em PAH, já construídos, considerando o caso particular da barragem do Catapereiro, localizada na Ribeira da Teja, em Vila Nova de Foz Côa.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Interação fundação-solo em ensoleiramentos sobre estacas: Métodos de análise

Palavras-chave: Fundações em estacas

As fundações são um elemento fundamental em qualquer projeto de Engenharia Civil, uma vez que garantem a estabilidade global da estrutura. Com a crescente recorrência a edifícios de grande envergadura torna-se necessário obter sistemas de fundações capazes de responder às solicitações destes com a maior eficácia possível e com, a sempre desejada, otimização a nível económico. Neste contexto surgem os sistemas CPRF (Combined Piled-Raft Foundations) estudados na presente dissertação. Esta tem como principal objetivo a modelação tridimensional, através do método de elementos finitos, destes sistemas no recente software RS3, da Rocscience. Inicialmente foi efetuada uma revisão bibliográfica com o intuito de perceber, através de estudos já realizados, o comportamento deste sistema de fundação, nomeadamente de que forma é que os seus mecanismos de interação são afetados pelas suas propriedades. Pesquisou-se também sobre os métodos de análise de sistemas CPRF e sobre a forma como são abordados os projetos destes. De seguida efetuaram-se dois testes à forma de modelar, quer as estacas quer a laje de ensoleiramento, a fim de se puder apurar qual a forma que melhor traduz o comportamento dos mesmos. Adicionalmente são realizadas diversas análises paramétricas a vários modelos CPRF (4, 5 e 9 estacas) onde são alteradas algumas das suas propriedades (espaçamento entre estacas, espessura da laje de ensoleiramento e parâmetros geotécnicos do solo) de modo a perceber como estas alterações influenciam o comportamento global destes. Conseguiu-se assim chegar a uma forma adequada de modelar um sistema CPRF no programa em causa e percebeu-se que as alterações introduzidas às suas propriedades têm diferentes impactos na resposta do sistema global.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Aproveitamento da água da chuva para fins não potáveis em zonas urbanas: estudo exploratório no Pólo II da Universidade de Coimbra

Palavras-chave: Águas pluviais -- aproveitamento

A preservação e utilização eficiente dos recursos hídricos têm sido identificadas como principais prioridades para garantir a sustentabilidade da vida no Planeta. Neste contexto, o uso de fontes alternativas de água tem vindo a ser encarado como uma medida necessária face ao problema de escassez de água. O aproveitamento das águas pluviais destaca-se como uma alternativa, simples e acessível, que visa reduzir o consumo de água potável tratada e que ainda pode ser vantajosa porque promove a redução do escoamento superficial na perspetiva da minimização dos problemas com cheias em áreas urbanas. O objetivo do presente trabalho foi estudar o potencial de aproveitamento das águas pluviais em meio urbano para fins não potáveis, como a descarga de autoclismos. O estudo, com aplicação no Departamento de Engenharia Civil (DEC), no Pólo II da Universidade de Coimbra, envolveu, sob o ponto de vista qualitativo, a caraterização da qualidade da água da chuva e das águas de escoamento gerado na cobertura do edifício e, sob o ponto de vista quantitativo, a avaliação dos volumes de água pluvial drenada de um pequeno sector dessa cobertura. Realizou-se, também, um pré-dimensionamento do reservatório de armazenamento da água pluvial drenada, tendo sido averiguado o potencial de economia de água potável, no âmbito deste caso concreto. Os resultados sugerem que a água da chuva e a água de escoamento captada na cobertura do edifício apresentam qualidade físico-química e bacteriológica adequadas à utilização da água de drenagem em descargas de autoclismos, como se pretendia averiguar, necessitando apenas de filtragem. Embora para a área de captação da água da chuva considerada neste estudo (i.e. 25,22 m2) o potencial de poupança de água e o custo médio do reservatório de armazenamento não indicarem a viabilidade económica da implementação de um sistema de aproveitamento de águas pluviais destinado a servir os sanitários do Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente (L.H.R.H.A), é expectável que a utilização de uma área maior de captação e, eventualmente, a adoção de um outro revestimento, possa conduzir a resultados mais encorajadores.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Politicas estratégicas e gestão da acessibilidade local - O caso do Pólo I da Universidade de Coimbra

Palavras-chave: Acessibilidade -- Polo I da Universidade de Coimbra

O estudo da acessibilidade a zonas centrais de cidades consolidadas, nomeadamente a zonas com alguma relevância histórica, deve integrar preocupações de sustentabilidade ambiental, sem que tais preocupações se interponham com os níveis de acessibilidade, pondo em risco a economia, a vitalidade social e a qualidade de vida nessas zonas. A praça D. Dinis e toda a envolvente do Pólo 1 da Universidade de Coimbra constituem marcos históricos locais, sendo portanto locais muito procurados na cidade por visitantes nacionais e estrangeiros. Estão, no entanto, todos os dias sob uma pressão enorme de procura de estacionamento, procura essa associada a trabalhadores, estudantes e visitantes. Esta procura excessiva contribui decisivamente para a degradação visual e funcional do espaço público, sendo comum encontrar veículos estacionados por invasão dos espaços pedonais e de sociabilização. A presente dissertação centrou-se na caracterização dos padrões de acessibilidade local, bem como da oferta e procura de estacionamento e das condições de acessibilidade em transporte público e a pé, como base para fundamentar o desenvolvimento de uma proposta global de gestão das acessibilidades, capaz de contribuir para a alteração do paradigma de mobilidade na zona do Pólo I da Universidade de Coimbra. O documento apresenta uma proposta de reorganização do espaço público que procura valorizar a função social, urbana e estética, elegendo o peão e os utilizadores locais como utilizadores preferenciais, em detrimento dos veículos automóveis, sem contudo interferir com a acessibilidade/mobilidade consideradas fundamentais à dinâmica económica e social da zona em causa.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Uso sustentável da água: Avaliação de benefícios adotando eficiência hídrica em edifícios

Palavras-chave: Eficiência Hídrica,Sustentabilidade,Certificação Hídrica de Equipamentos e Edifícios,Water Efficiency,Sustainability,Water Certification for buildings and Equipment’s

O aumento da população a par do crescimento das cidades, o clima de cada região e as alterações climáticas, traduzindo-se num aumento da intensidade e frequência de cheias e secas, levam a que o uso eficiente da água e a sua conservação em diferentes setores de atividade, como a agricultura, a indústria e o abastecimento urbano, consistam presentemente, num elevado desafio a nível mundial. Em Portugal, a necessidade de uma gestão sustentável da água foi já confirmada como prioridade nacional através do Programa Nacional para o Uso Eficiente da Água (PNUEA) que tem como principal objetivo a promoção do uso eficiente da água, incentivando o desenvolvimento de uma nova cultura da água, contribuindo para a preservação do meio natural, numa ótica de desenvolvimento sustentável. Entre as ações propostas neste programa a nível dos edifícios, destacam-se a implementação de um sistema de rotulagem de produtos e de um sistema de classificação da eficiência de utilização da água (certificação). A certificação é aplicável a dispositivos e equipamentos, encaminhando à elaboração de um regulamento de certificação hídrica de edifícios que permita, num futuro próximo, uma certificação da eficiência hídrica dos edifícios. O presente trabalho vem no seguimento de um outro que discutiu uma metodologia de classificação e rotulagem da eficiência hídrica de produtos, no sentido de informar os consumidores das características técnicas dos dispositivos. Pretende assim efetuar análises custo-benefício para diferentes tipos de edifícios, nomeadamente coletivos, ao impacto global da aplicação de equipamentos certificados quer em termos de poupança de água, quer em termos económicos. Ao nível da redução no consumo de água, para o caso de estudo ginásio BlueGym Fit obteve-se uma redução no consumo de água de 63,9% e de 56,5% na sua fatura mensal com um período de retorno de investimento de 6 meses.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Soluções para escavações profundas e contenções periféricas em solos aluvionares

Palavras-chave: solos aluvionares

As escavações profundas em solos de baixa resistência e elevada deformabilidade, com nível freático elevado, apresentam um grau de complexidade elevado, quer a nível do projeto, quer da sua execução. Os problemas do travamento da contenção periférica, do caudal que aflui para a escavação, do faseamento construtivo, do levantamento hidráulico, da técnica construtiva, da impermeabilização e da ligação da estrutura de contenção à estrutura interna, são aspetos a ter em conta na conceção do projeto e na execução deste tipo de obras. Com a presente dissertação pretende-se fazer uma análise comparativa de duas soluções construtivas correntes - as paredes moldadas em betão armado e as soluções com Cutter Soil Mixing - bem como das soluções de travamento interno, que não recorrem a ancoragens pré-esforçadas. Apresenta-se um resumo das soluções construtivas, seguindo-se o estudo de um caso de obra de contenção periférica prevista construir nas aluviões do rio Mondego, na Baixa de Coimbra. Será analisado o comportamento de ambas as soluções através de modelos numéricos bidimensionais pelo Método do Elementos Finitos. É feita a análise da solução mais adequada, principalmente quanto à limitação das deformações atendendo à existência de zonas edificadas na proximidade da obra.

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Análise experimental de ligações de emenda aparafusadas inovadoras entre perfis de seção tubular

Palavras-chave: Ligações aparafusadas,Perfis tubulares

As ligações presentes em estruturas metálicas são elementos que exercem grande influência no comportamento global da estrutura, sendo que estas representam pontos críticos onde se dá a transmissão de esforços entre os vários elementos constituintes da estrutura metálica. Estas ligações são idealmente pensadas de forma a facilitar o transporte e montagem das estruturas no local de obra e dividem-se em dois grupos distintos: as ligações soldadas e as ligações aparafusadas. Devido ao elevado grau de exigência da execução de ligações soldadas em obra, as ligações aparafusadas tornam-se muito mais vantajosas nessas condições, sendo o estudo deste tipo de ligações de grande importância. O presente trabalho consiste no estudo experimental de ligações de emenda aparafusadas entre perfis tubulares de secção circular CHS sujeitos a esforços axiais. As ligações apresentam configurações inovadoras, de forma a apresentar uma alternativa às configurações aparafusadas tradicionais com estética pouco apelativa, sendo que as ligações são concebidas de forma a não existir qualquer tipo de soldadura em obra. A caracterização do comportamento da ligação é feito experimentalmente através de ensaios das ligações até à rotura, incluindo a caracterização mecânica de todos os materiais utilizados, como perfis, chapas e parafusos. Os resultados obtidos dos ensaios permitirão obter conclusões acerca do desempenho estrutural das ligações e servirão para calibrar modelos numéricos a desenvolver numa fase posterior deste estudo. Este trabalho surge no seguimento de estudos realizados anteriormente (tanto numéricos, como experimentais) e tem como objetivo a conceção de um novo tipo de ligação de emenda aparafusada entre perfis tubulares, que tenha em simultâneo um elevado desempenho estrutural e elevado valor estético, quando comparado com a tipologia convencional.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo de vigas híbridas vidro-aço

Palavras-chave: Vigas de vidro-aço

O tema aborda o estudo de vigas híbridas vidro-aço, um sistema relativamente inovador e com claras vantagens estéticas. Para além disso, fornece um bom equilíbrio entre alta capacidade de carga, viabilidade de conexão fácil e transparência. As vigas híbridas são elementos de construção inovadores que podem ser aplicáveis como elementos estruturais, em vigas e pilares, e elementos de fachada. O trabalho contém uma componente analítica, uma componente experimental e uma componente numérica, com recurso ao programa de elementos finitos “ABAQUS”. Foram realizados ensaios de vigas híbridas com a alma em vidro laminado e os banzos em aço, ligados por sistemas de adesivos, também estudados no âmbito desta tese. Na primeira fase fizeram-se ensaios à escala reduzida do material interveniente no sistema estrutural em estudo para caracterizar o comportamento reológico do mesmo, ou seja, o aço, o vidro e o sistema de ligação entre a alma de vidro e os banzos em aço. Na segunda fase ensaiaram-se, à escala real, vigas híbridas até à rotura através de ensaios à flexão de 4 pontos. As conclusões foram definidas com base nos resultados obtidos experimentalmente, numericamente e analiticamente, sendo realizado uma comparação desses mesmos resultados. Os resultados obtidos mostram que nos sistemas híbridos, a inclusão do reforço em aço 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: incremento da resistência; introdução de rotura dúctil, com aumento significativo deformação após a fendilhação inicial do vidro; evitar o colapso explosivo do vidro.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Simulação numérica do comportamento de um aterro construído sobre solos moles do "Baixo Mondego"

Palavras-chave: Elementos Finitos,Cons2D,aterro,modelação numérica,Quinta da Foja,análise paramétrica

Na presente dissertação pretende-se, recorrendo à modelação numérica no programa de elementos finitos Cons2D, simular o comportamento de um aterro rodoviário situado na Quinta da Foja, no âmbito da construção da autoestrada A14 que faz a ligação Coimbra-Figueira da Foz. Inicialmente, faz-se um enquadramento teórico que engloba não só conceitos fundamentais à interpretação das leis constitutivas usadas, mas também noções importantes para a estimativa dos parâmetros do solo. Numa segunda parte do estudo, simula-se numericamente um ensaio triaxial não drenado de amostras do solo mole do Baixo Mondego comparando-se com os resultados obtidos em ensaios laboratoriais por forma a validar o modelo utilizado. Por último, a modelação do aterro visa a comparação com os resultados obtidos da instrumentação de campo e posterior análise paramétrica, a qual tem por objetivo a previsão da sensibilidade do modelo a diferentes parâmetros (profundidade da malha de elementos finitos, tipo de modelo constitutivo, permeabilidade, faseamento construtivo). Como principais conclusões, depreende-se que de um modo geral as previsões numéricas efetuam boas correlações com os resultados in-situ, no que diz respeito aos assentamentos no eixo do aterro. No entanto, o mesmo não acontece quando se trata dos assentamentos na extremidade do aterro e os deslocamentos horizontais, os quais apresentam diferenças notórias, possivelmente devido à construção de uma banqueta ou à deposição de terras na lateral do aterro.

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