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Dimensionamento de uma cortina escorada

Palavras-chave: cortina escorada

Terzaghi, Peck e Mesri, em 1967, após avaliar inúmeras escavações suportadas, propuseram uma metodologia para efetuar o pré-dimensionamento de cortinas multi-escoradas baseada em diagramas de pressões aparentes de terras. As obras observadas possuíam maciços semelhantes, homogéneos e arenosos, e cujo nível freático se encontrava abaixo da cota final da escavação. Verifica-se que esta metodologia é, ainda hoje, bastante utilizada, mesmo que, para maciços arenosos, esta apenas derive da análise de obras em locais com homogeneidade do solo em profundidade e com nível freático abaixo da escavação. Este trabalho tem como objetivo avaliar a fiabilidade dessa metodologia, usada tradicionalmente no pré-dimensionamento das escoras de uma cortina escorada, para as condições que estiveram na base da sua definição. Esse estudo efetuou-se fazendo variar uma série de fatores a partir de um cálculo de referência, através de diversos cálculos numéricos para os quais se considerou que o comportamento reológico do maciço podia ser reproduzido através do Hardening Soil Model. O cálculo de referência foi ajustado tendo por base uma análise prévia da influência da rigidez das escoras no comportamento da estrutura de suporte, tendo-se considerado o cálculo que melhor correspondia à rigidez de escoras para a qual se obteve um diagrama de pressões aparentes mais próximo do digrama teórico de pré-dimensionamento. Complementarmente, analisam-se as situações em que existe água no maciço, quer em regime hidrostático, quer em regime de escoamento estacionário. Para estes casos, são analisadas propostas apresentadas por outros autores, no sentido de avaliar se as mesmas se traduzem numa forma fidedigna de pré-dimensionar as escoras de uma cortina multi-escorada.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estabilidade, comportamento não linear e dimensionamento de pórticos metálicos de travessas inclinadas com 2 e 3 vãos

Palavras-chave: estruturas metálicas,pórticos de travsssas inclinadas,estabilidade linear,efeitos de 2ª ordem,steel structures,multi-bay pitched-roof frames,linear stability,second-order effects

O objetivo desta dissertação consiste em efetuar uma investigação sobre (i) a estabilidade, em regime elástico, (ii) o comportamento geometricamente não linear e (iii) o dimensionamento (e verificação de segurança), de acordo com o Eurocódigo 3 (EC3), de pórticos metálicos (de aço) com travessas inclinadas. Consideram-se pórticos com diferentes geometrias, correntemente utilizadas em aplicações práticas, e diversas condições de apoio (bases das colunas) e de contraventamento lateral, o qual pode ser parcial ou total. Devido à sua elevada eficiência estrutural, este tipo de pórticos são amplamente utilizados na indústria da construção, nomeadamente em armazéns, edifícios industriais, instalações fabris ou complexos gimnodesportivos. Inicialmente, investiga-se a estabilidade dos pórticos, com e sem contraventamentos laterais, identificando os modos de instabilidade relevantes, determinando as correspondentes cargas de bifurcação e estabelecendo uma relação entre a geometria de um pórtico, o seu contraventamento e a natureza do respectivo modo crítico de instabilidade. Para além disso, avaliam-se o domínio de validade e a precisão da expressão proposta pelo EC3 para calcular (aproximadamente) cargas críticas de pórticos de travessas inclinadas. Em seguida, estuda-se a necessidade e o modo de considerar os efeitos de 2ª ordem, do tipo P-, em pórticos não totalmente contraventados e analisados em regime elástico. Em particular, avalia-se o desempenho dos critério e expressões propostos no EC3 para efectuar estas tarefas e, caso tal se revele necessário, propor-se-ão metodologia alternativas mais rigorosas e/ou eficientes. Finalmente, aborda-se a aplicação dos diversos métodos de dimensionamento e verificação da segurança preconizados pelo EC3 ao tipo de pórticos analisados nesta dissertação. Consideram-se dimensionamentos elásticos baseados em métodos “tradicionais” e “avançados”, procurando-se clarificar todos os conceitos envolvidos na sua aplicação e também efetuar estudos comparativos que permitam evidenciar as vantagens, desvantagens e limitações de cada uma das metodologias referidas

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação do desempenho de um corredor de turbo-rotundas - Segurança

Palavras-chave: Turbo-rotundas

Em domínio urbano, os acidentes de tráfego tendem a concentrar-se nas intersecções, sendo diversas as abordagens tradicionais que estimam ou preveem o risco de acidentes de tráfego. As referidas metodologias baseiam-se em dados reais recolhidos diretamente dos locais ou em modelos de previsão de acidentes, apresentando, contudo, inúmeras limitações, como sejam a complexidade e diversidade de fatores que afetam a segurança e probabilidade de ocorrência de acidentes, a dificuldade de obtenção do histórico de acidentes, bem como a deficiente qualidade dos dados. Essas limitações justificaram a procura de metodologias alternativas, como as técnicas de microssimulação, que avaliando o nível de desempenho de soluções sem necessidade de recurso à sua construção prévia, permitem estudar o desempenho de soluções rodoviárias complexas ou inovadoras como é o caso das turbo-rotundas. Neste contexto, a presente tese tem como objetivo avaliar o desempenho da solução turbo-rotunda, quando aplicada em corredor, comparativamente a uma rotunda normal de duas vias, sendo que a análise incidiu ao nível da segurança. O trabalho foi suportado pela aplicação de técnicas de microssimulação do software AIMSUN complementada pela aplicação SSAM e pela construção de um modelo de simulação baseado numa situação real, depois de devidamente calibrado e validado. Os trabalhos assentaram na definição de um conjunto alargado de cenários de procura de tráfego avaliando-se o efeito associado a diferentes níveis de carregamento de tráfego na rede, e de diferentes cenários de repartição direcional do tráfego nas entradas das rotundas. Os resultados obtidos mostram de forma consensual e robusta que a transformação de um corredor de rotundas de duas vias num corredor de turbo-rotundas, a funcionar perto do limiar de saturação, se traduz num aumento considerável do número de conflitos. Contudo, não é possível generalizar estas conclusões a todo o tipo de aplicações de turbo-rotundas, designadamente quando aplicadas em corredor, uma vez que apesar dos resultados mostrarem que o nível de desempenho depende consideravelmente da taxa de saturação do sistema, e que o aumento da taxa de saturação se traduz num aumento muito significativo do número de conflitos nos trechos de ligação entre intersecções, esses conflitos são de pequena gravidade podendo, por isso, não resultar em acidentes efetivos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Desenvolvimento de um mecanismo de produção de energia elétrica através das ondas do mar

Palavras-chave: energia das ondas,energias renováveis,dinâmica multicorpo,estruturas offshore,sea wave energy,renewable energy,multibody dynamics,nonlinear structural analysis,offshore structures

Nas últimas décadas tem-se assistido a uma crescente necessidade de energia por parte da humanidade, refletindo-se esse facto no aumento do seu custo, do qual é exemplo o aumento da cotação dos combustíveis fósseis (IMF 2014). Como consequência, este aumento implica por sua vez o aumento da cotação de inúmeras outras matérias-primas, de que são exemplos vários metais, cujo processo de extração envolve o consumo de energia, e alguns cereais, por vezes usados para substituírem os combustíveis fósseis na produção de energia. Por outro lado, as evidentes alterações climáticas, com os inerentes aumentos de temperatura média do ar e dos oceanos e aumento do nível do mar, tornam necessário a criação de fontes de energia alternativas aos combustíveis fósseis, com uma pegada ecológica tão reduzida quanto possível. A presente tese tem como objetivo apresentar os fundamentos teóricos e uma modelação computacional para o desenvolvimento de um novo sistema de produção de energia elétrica através do movimento das ondas do mar. Este sistema é composto por um flutuador que oscila à superfície da água, fixo ao topo de uma torre por meio de um braço mecânico. A energia elétrica é extraída a partir dos movimentos de rotação das articulações do braço mecânico, sendo estas articulações modeladas por sistemas mola-amortecedor. Com efeito, o presente trabalho cinge-se a três capítulos distintos. A primeira fase do projeto consiste numa caracterização teórica das ações hidrodinâmicas, desde o comportamento ondulatório do mar até à interação da onda-estrutura. Na segunda fase, procede-se ao estudo e elaboração de uma metodologia teórica baseada na Dinâmica Multicorpo (Shabana, 2010), implementando métodos de integração no tempo, designadamente o método de Newmark

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Contribuição para a avaliação dos impactos da rotura de Barragens de Aterro

Palavras-chave: Barragem de aterro,Rotura de barragens,Cheias -- modelos numéricos

Existem cerca de 40 barragens portuguesas com potencial para originar cheias induzidas com efeitos nas bacias internacionais dos rios Minho, Douro, Tejo e Guadiana, não havendo estudos de avaliação do risco para algumas delas. Para gerir o risco inerente a infraestruturas deste tipo é necessário modelar as cheias induzidas por potenciais acidentes e proceder à cartografia das zonas inundáveis. Com efeito, muitas habitações, propriedades e outros bens de grande interesse económico e/ou ambiental encontram-se localizados no vale a jusante destes empreendimentos, podendo ser potencialmente atingidos por uma eventual rotura. Por conseguinte, é de grande interesse a avaliação dos impactos resultantes de um acidente desta natureza. Esta Dissertação pretende contribuir para a avaliação do risco de cheias provocadas por acidentes em barragens de aterro com potencial para originar danos de dimensão transfronteiriça na Península Ibérica. O modelo numérico HEC-RA é adequado para simular escoamentos em canais naturais ou artificiais, possibilitando, por conseguinte, o cálculo e análise hidráulica de escoamentos em meios fluviais. Permite estimar escoamentos resultantes de roturas de barragens de aterro, incluindo a modelação da geometria da brecha de rotura e o tempo de formação da mesma. São igualmente bem conhecidas as vastas aplicações do modelo DAMBRK para calcular o hidrograma originado pelo esvaziamento da albufeira. Por conseguinte, o presente trabalho pretende simular a rotura de uma barragem de aterro e estimar os caudais máximos efluentes da mesma. A simulação é efetuada com recurso aos modelos DAMBRK e HEC-RAS, seguindo-se uma comparação com métodos simplificados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Construção modular em LSF - Estudo do comportamento térmico passivo

Palavras-chave: Construção modular,sistemas passivos,construção leve em aço,compacidade,fator de forma,orientação,Modular construction,passive systems,light steel framing,compactness,shape factor,orientation

A crescente preocupação com os problemas ambientais, causados pelo uso excessivo de energias fósseis, despoletou a pesquisa de soluções alternativas, que permitam combater a dependência destes combustíveis e os impactes severos inerentes à sua utilização, como por exemplo, o aquecimento global. Estima-se que, atualmente, o consumo energético dos edifícios seja cerca de 40% do consumo total na União Europeia, pelo que urge encontrar soluções que permitam reduzir estes gastos. Neste sentido, a opção por soluções passivas, ou seja, o uso inteligente dos materiais e o desenvolvimento de técnicas que permitam obter medidas de consumo energético nulo, ganham importância fundamental. Ainda neste seguimento, a União Europeia cria a Diretiva 2010/31/EU, relativa ao desempenho energético de edifícios que, entre outras medidas, obriga, a partir de 2020, a um consumo energético praticamente nulo por parte dos novos edifícios. Existem já vários estudos elaborados sobre medidas passivas e a influência de diversos fatores nos desempenhos energéticos dos edifícios, sendo que a investigação e aplicação destas soluções ganha importância a cada dia. O desenvolvimento do conceito de casas passivas, levou também à criação de normas específicas, como a alemã “Passivhaus”, que posteriormente se expandiu a outros países da Europa. Vários destes aspetos serão analisados ao longo deste documento. O objetivo final do trabalho será analisar a influência do fator de forma e da orientação, servindo como modelo de base uma moradia já construída em Coimbra. O estudo será efetuado para as principais regiões climáticas europeias, ajustando adequadamente diversos parâmetros (ventilação, sombreamento, etc) de modo a garantir o melhor desempenho para cada região. A habitação é constituída por um sistema modular, com estrutura leve em aço, que permite uma variedade de soluções arquitetónicas, aliadas à sua facilidade de construção. Com a realização desta dissertação conclui-se que a construção de modelos mais compactos possibilita um aumento de temperatura para os ambientes interiores, devido à redução das perdas de calor pela envolvente exterior. Este facto revela-se importante para as condições de Inverno, sendo que é dependente da região climática

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise numérica de ensaios a 1G em modelos reduzidos de fundações diretas

Palavras-chave: modelação numérica,fundações superficiais,saia estrutural,modelo Mohr-Coulomb,modelo Hardening Soil,numerical modeling,shalloow foundation,structural skirt,Mohr-Coulomb model,Hardening Soil model

As fundações superficiais distribuem cargas estruturais sobre grandes áreas de solo ou rocha perto da superfície, diminuindo a intensidade das cargas aplicadas para níveis admissíveis para solos de fundação. O projeto de uma fundação superficial deve compreender normas básicas de segurança e utilidade funcional. No que diz respeito ao seu dimensionamento, as tensões de contacto não devem exceder a capacidade de carga do solo e é essencial manter o controlo sobre os assentamentos. Para simular o comportamento de uma fundação superficial pode recorrer-se ao ensaio de carga em placa, que tem como objetivo submeter o terreno a solicitações da mesma natureza como forma de previsão. A presente dissertação consiste na análise numérica de ensaios de carga em placa realizados no Laboratório de Geotecnia do DEC-FCTUC recorrendo ao programa de elementos finitos Plaxis. Os modelos numéricos foram concebidos para representar um tanque de altura de 1,5m e área da base de 1,0x1,5m, preenchido com solo arenoso submetido a um carregamento de uma placa circular com 300mm de diâmetro. Com vista a melhorar o comportamento da fundação superficial, estes modelos físicos têm a particularidade de terem sido reforçados através de uma saia estrutural fixada nos bordos da placa. Estudos indicam que, incorporando este novo tipo de reforço na fundação, há redução de assentamentos no solo e aumento da capacidade de carga da mesma. Realizou-se uma análise paramétrica de modo a avaliar a influência do comprimento da saia e da compacidade da areia no comportamento da fundação. Foi também estudada a influência do modelo elástico perfeitamente plástico, Mohr-Coulomb, de um modelo mais complexo nomeadamente o Hardening Soil. e da interface solo/fundação na relação carga/assentamento deste tipo de fundações.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise de rentabilidade económica de sistemas solares térmicos e biomassa em edifícios resisdenciais existentes

Palavras-chave: Biomassa,Sistemas solares térmicos,Eficiência energética -- edifícios

Os edifícios são responsáveis por uma expressiva percentagem do consumo energético na Europa. Para reverter esta situação, têm sido criadas políticas que incentivam a diminuição das necessidades energéticas dos edifícios, em particular promovendo a instalação de fontes de energia renováveis. A primeira Diretiva de Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD) datada de 2002 sofreu uma reformulação em 2010 e, introduz o objetivo de alcançar um equilíbrio ótimo de rentabilidade económica entre o investimento efetuado em soluções de melhoria da eficiência energética e os custos de energia economizados durante o tempo de vida útil do edifício. Os Estados-Membros devem, por isso, aplicar a metodologia recomendada pela diretiva para estabelecer requisitos com rentabilidade económica. Em Portugal, na sequência da reformulação da EPBD foi publicada em 2013 o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH), que vem substituir o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) e, pretende transformar a construção em Portugal mais eficiente, do ponto de vista energético. Esta nova regulamentação integra as recomendações da diretiva, embora não inclua ainda requisitos que garantam a rentabilidade económica. A presente dissertação tem como objetivo principal aplicar a metodologia de avaliação da rentabilidade económica da instalação isolada de sistemas solares térmicos e biomassa, ou da combinação dos dois tipos de sistemas, em edifícios residenciais unifamiliares construídos entre 1961 e 1990. Para isso, determina-se o contributo dado por cada sistema e, integram-se os sistemas renováveis com outras medidas de melhoria de eficiência energética da envolvente e de sistemas convencionais, que pretendem diminuir as necessidades de energia primária do edifício. Os resultados comprovam que os conjuntos de medidas com fontes de energia renovável são uma boa opção para os edifícios residenciais, pois permitem baixar as necessidades de energia primária e reduzir os custos. Em relação aos períodos de retorno financeiros, de entre todas as opções, os pacotes com instalação de sistema solar térmico são os que apresentam menores períodos de retorno.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação do desempenho de um corredor de Turbo-rotundas - Capacidade e impactes ambientais

Palavras-chave: Turbo-rotundas

O conceito de turbo-rotunda surgiu recentemente na Holanda através do investigador Lambertus Fortujin, da Universidade de Delft, enquanto solução alternativa às rotundas convencionais com múltiplas vias, com o objectivo de resolver os problemas de segurança associados aos movimentos de entrecruzamento na zona de negociação e atravessamento das rotundas convencionais. A principal característica das turbo-rotundas é a introdução de elementos de delimitação física entre vias para definição de circuitos em espiral que garantem a devida canalização dos veículos de forma continua desde a entrada à saída pretendida. Evidenciam assim duas grandes potencialidades comparativamente às rotundas convencionais: (i), diminuição do número de pontos de conflito gerados pelos entrecruzamentos no anel de circulação e, (ii) aumento do nível de deflexão imposto pelos elementos físicos de canalização, o que traduz numa redução de velocidade e no aumento significativo de segurança. Dentro da comunidade científica existe um consenso generalizado relativo ao aumento da segurança rodoviária com a transformação de uma rotunda convencional de duas vias numa turbo-rotunda, mas o mesmo não acontece relativamente aos seus efeitos na capacidade, havendo mesmo alguns autores que afirmam uma pequena redução de capacidade, principalmente nos ramos sujeitos a maiores volumes de tráfego. Neste sentido, esta tese centra-se na avaliação do desempenho da solução turbo-rotunda, quando aplicada em corredor, comparativamente a uma rotunda normal de duas vias, sendo que a análise incidiu em dois níveis fundamentais: capacidade e impactes ambientais. O trabalho foi suportado pela aplicação de técnicas de microssimulação do software AIMSUN, e pela construção de um modelo baseado numa situação real depois de devidamente calibrado e validado. Foi possível concluir que o nível de desempenho das turbo-rotundas é fortemente condicionado pela carga de tráfego afetado à rede, perdendo desempenho de forma acentuada quando atingidas as condições de saturação. A solução mostrou-se ainda particularmente sensível à repartição do tráfego, tanto ao nível das entradas como do corredor. Em termos gerais, foi ainda possível concluir que os indicadores ambientais, seguem de perto o andamento dos indicadores caracterizadores da capacidade.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Atenuação sonora de barreiras acústicas

Palavras-chave: atenuação,barreiras acústicas,ruído,método dos elementos de fronteira,attenuation: acoustic barriers,noise,Boundary element method

De acordo com a agência T&E, na UE, morrem todos os anos cerca de 50 mil pessoas devido a problemas cardíacos e a 200 mil são diagnosticadas novas doenças que podem ser associadas à exposição de níveis excessivos de ruído, o que representa um custo anual de mais de 40 biliões de euros. A atenuação de ruído no exterior pode ser feita através da utilização de barreiras acústicas. As barreiras acústicas têm uma função importante, uma vez que permitem reduzir os níveis de ruído e, por isso, promover a qualidade de vida da população. Neste trabalho aplica-se uma formulação dual do Método dos Elementos de Fronteira, em três dimensões, para simular a propagação do som na proximidade de barreiras acústicas tridimensionais. Fazem-se variar as dimensões das barreiras, as propriedades de absorção sonora das barreiras e a frequência do som incidente, ou a existência de outros fatores externos como outras barreiras acústicas ou planos refletores nas imediações. Apresentam-se resultados no domínio do tempo, que permitem acompanhar a propagação sonora das ondas, na presença de obstáculos, e observar os fenómenos físicos associados. Calcula-se, no domínio da frequência, a atenuação conferida pela barreira num determinado plano de recetores. Adicionalmente, calcula-se a alteração do nível sonoro obtida, do lado da fonte, pela introdução, na face exposta da barreira, de um coeficiente de absorção sonora diferente de zero. Pela observação dos resultados, verifica-se que o modelo é adequado para a simulação dos exemplos selecionados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias