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Conectores inovadores de elevado desempenho para estruturas mistas aço-betão

Palavras-chave: Estruturas mistas

A presente dissertação de Mestrado Integrado apresenta um estudo sobre conectores inovadores de elevado desempenho para estruturas mistas aço-betão. Esta tese tem forte ênfase em ensaios laboratoriais, tendo sido efectuados 8 ensaios push-out no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, respeitando as especificações indicadas no Eurocódigo 4 para este tipo de ensaios. Analisaram-se dois conectores do tipo Perfobond com um furo, dois conectores Y-Type, dois conectores Y-Perfobond e dois conectores V-Type. Os conectores do tipo V-Type são soluções inovadoras propostas nesta tese. Os resultados são apresentados e analisados. Para além da avaliação da resistência de cada tipo de conexão, da sua ductilidade, e do seu modo de rotura, estes resultados experimentais e ainda outros da autoria de diversos autores são comparados com resultados analíticos resultantes da aplicação de modelos disponíveis na literatura. É avaliado o desempenho dos diversos modelos analíticos, verificada a possibilidade da sua aplicação às geometrias ensaiadas, e são propostos modelos analíticos para a previsão da resistência das geometrias inovadoras propostas nesta tese. Por último são tecidas algumas considerações finais e apresentam-se algumas propostas para trabalhos futuros.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Geração de energia nos pavimentos rodoviários

Palavras-chave: Pavimentos rodoviários -- geração de energia

Esta dissertação teve como objetivo principal estudar o sistema da Waydip durante a sua implementação na cidade da Covilhã. Para atingir o objetivo proposto foram efetuadas as seguintes tarefas: revisão de todas as técnicas de geração de energia associadas à engenharia de infraestruturas de transporte; explicação do funcionamento da tecnologia Waynergy Vehicles da Waydip; análise dos resultados experimentais; estudo dos revestimentos para a superfície dos módulos; análise da localização do sistema na fase piloto (tendo em conta a localização dos equipamentos coletivos, hierarquização viária e a avaliação da rentabilidade da operação); agenda dos trabalhos construtivos durante a implementação do sistema na fase piloto; e por fim, as potencialidades do sistema em estudo que podem vir a ser exploradas no futuro. Os resultados experimentais foram realizados recorrendo a várias configurações eletrónicas e para várias condicionantes do tráfego. Esses resultados foram trabalhados através do programa computacional MATLAB. Na avaliação da rentabilidade da operação foram realizadas contagens a fim de se obter o volume de tráfego na localização do sistema na fase piloto para realizar uma análise de custos e benefícios. Todas as conclusões apresentadas na presente dissertação basearam-se nos resultados experimentais

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Procedimento para a análise e dimensionamento de estruturas de edifícios em aço leve

Palavras-chave: Robot SAP,Dimensionamento de elementos metálicos,Modelação computacional,Método prescritivo,Método dos coeficientes parciais,Robot SAP,Design of structural members,Computational modelling,Prescriptive method,Partial Factor method

O presente estudo teve como objetivo principal avaliar a viabilidade da aplicação de ferramentas CAD (neste caso, o programa de cálculo Autodesk® ROBOT™ Structural Analysis Professional 2014) nas fases de conceção, modelação, análise e dimensionamento de estruturas em aço “leve”, nomeadamente, aquelas cujos sistemas estrutural e construtivo são, respetivamente, em gaiola e stick-built. Pretendia também avaliar-se, se as ferramentas, quando conjugadas com o método dos coeficientes parciais (normalização europeia), podem constituir uma alternativa ao procedimento mais habitual para este tipo de estruturas, o método prescritivo (especificação norte-americana), e no caso afirmativo, se essa alternativa é vantajosa. Concluise que as ferramentas são viáveis, que constituem uma alternativa ao método prescritivo e que podem ser mais eficazes e versáteis que aquele método. Estas conclusões foram apoiadas pelo estudo em três fases desenvolvido nesta dissertação: (i) modelação computacional de estruturas de edifícios em aço “leve”, (ii) conceção, analise e dimensionamento de elementos estruturais de edifícios em aço “leve” e, por último, (iii) conceção, análise e dimensionamento de estruturas de edifícios em aço “leve”. A primeira fase permitiu sistematizar um método cujo objetivo é a elaboração de modelos computacionais de estruturas em aço “leve” para a sua posterior análise e dimensionamento. Este método consiste no estabelecimento de regras para modelação dos diferentes elementos que constituem a estrutura. Essas regras foram desenvolvidas tendo em conta, entre outros, o “percurso” das cargas, as condições de apoio e as vinculações entre elementos estruturais (“in line” e distribuídas). A segunda fase consistiu no estudo individualizado dos macro-elementos constituintes de uma estrutura de um edifício em aço “leve” (paredes e pavimentos), de modo a testar a aplicação da metodologia de modelação computacional e comparar metodologias de dimensionamento. A terceira fase tratou a verificação de segurança, tendo também sido consideradas as condicionantes à conceção do edifício e ainda dificuldades e complexidade na sua modelação

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Geopolímeros - Influência da quantidade de ligante e da composição dos inertes

Palavras-chave: Geopolímeros - Influência da quantidade de ligante e da composição dos inertes

A mudança de paradigma relativa ao ambiente promoveu o desenvolvimento de novos materiais de construção, investindo-se em elementos com diminuto impacte ambiental, que reduzam a utilização de energias fósseis na sua conceção. Na aposta de novos compostos mais sustentáveis, a indústria do betão começou a utilizar os desperdícios dos produtos industriais, descobrindo assim materiais complementares das misturas de betão, com durabilidade e resistência superiores. O tema desta dissertação vai de encontro a uma produção mais ecológica, afirmando-se o metacaulino como um material pouco poluente, com boas características resistentes e propriedades físicas que o tornam versátil no mundo da construção. Importa por isso estudar diferentes variantes que possam potenciar as qualidades deste material. Expectando-se um desenvolvimento semelhante ao do betão, foi estudada a influência da quantidade de ligante e da composição dos agregados em misturas de geopolímeros. Neste contexto procedeu-se à caracterização das resistências à tração por flexão e à compressão, em misturas de geopolímeros com 10, 30, 50, 70, 90 e 100% de adição de metacaulino, face a uma mistura base. Depreendeu-se que numa mistura de geopolímero, a quantidade de ligante não influencia significativamente as resistências, obtendo-se valores semelhantes entre as diferentes misturas. Foram também analisadas misturas de geopolímeros com agregados compostos, por adição de britas de diâmetros diferentes, à areia base. Os quatro diâmetros máximos considerados, corresponderam aos peneiros regulamentares, ou seja 2,38, 4,76, 6,30 e 9,50 mm. Para as diferentes misturas não foi conseguida uma análise conclusiva sobre as dimensões ótimas dos agregados. Neste contesto, não se pode concluir acerca do efeito da composição dos agregados nas resistências das misturas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Fugas e perdas em sistemas de abastecimento de água

Palavras-chave: WaterNetGen,Modelação Matemática,Leis de Vazão,Coeficientes de Vazão,Pressure-Driven-Analysis,Demand-Driven-Analysis,WaterNetGen,Mathematical Modeling,Leakage Laws,Leakage Coefficients,Pressure-Driven-Analysis,Demand-Driven-Analysis

Estima-se que, até 2025, mais de 8 mil milhões de pessoas, em cerca de 48 países, irão enfrentar stresse hídrico ou situações de escassez de água. A par desta realidade os dados do Banco Mundial revelam que mais de 32 mil milhões de metros cúbicos de água tratada são perdidos anualmente nos sistemas de distribuição de água, em consequência da existência de fugas e perdas. No decurso da revisão bibliográfica foram estudadas diversas técnicas de quantificação de fugas e perdas e de equipamentos de combate às mesmas. A presente dissertação apresenta dois objetivos complementares. Um objetivo inicial consistiu na tentativa de obter coeficientes para as equações que regem as fugas e perdas nos sistemas, em particular nos orifícios, tirando partido de uma instalação experimental existente e construída para o estudo de fugas e perdas em sistemas pressurizados e para o estudo de afluências indevidas a sistemas de drenagem, no Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente, do Departamento de Engenharia Civil, da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Um segundo objetivo consistiu em comparar a modelação numérica de sistemas em pressão quando são utilizadas abordagens orientadas pela procura “demand-driven-analysis” (DDA) e orientadas pela pressão “pressure-driven-analysis”(PDA). Para tal foi utilizada a estrutura computacional, WaterNetGen (http://www.dec.uc.pt/~WaterNetGen), desenvolvida a partir do EPANET. Foram estudadas as diferenças entre modelos pressure-driven e demand-driven em 3 exemplos de redes de distribuição de água.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo paramétrico de otimização de sistemas de climatização para edifícios residenciais

Palavras-chave: Eficiência energética,edifícios residenciais,dimensionamento sistemas de climatização,necessidades de aquecimento e de arrefecimento,Energy efficiency,residential buildings,HVAC system design,heating and cooling needs

Atualmente, o paradigma energético traduz-se num aumento constante da procura de energia elétrica e também por um constante aumento da fatura energética que leva a que se tornasse urgente a necessidade de adotar medidas eficazes para a redução destes custos, no sentido de promover a racionalização da energia e a utilização sustentável das diferentes formas de energia. Na Europa, os edifícios residenciais representam uma grande fatia da energia consumida, assim sendo, é nestes edifícios que se torna pertinente intervir. Por vezes, pequenas mudanças podem contribuir significativamente para o aumento da poupança e da eficiência energética. A implementação de sistemas de climatização, nos últimos anos, têm aumentado nos edifícios residenciais com o intuito de melhorar as condições de conforto térmico do edifício. Neste âmbito, a presente dissertação pretende estudar a influência de certos parâmetros na otimização de sistemas de climatização. O dimensionamento de sistemas de climatização é feito, regra geral e especialmente no setor residencial, de forma expedita, conduzindo a um sobredimensionamento dos sistemas. Neste sentido, é necessário ter um conhecimento mais próximo da realidade das potências de aquecimento e de arrefecimento a adquirir num determinado edifício residencial, reconhece-se a importância de ter ferramentas que permitam aos projetistas obter um dimensionamento mais realista e em tempo útil. Este estudo consiste na avaliação das potências de climatização que permitirá efetuar um dimensionamento adequado dos sistemas de climatização a instalar, verificando a influência da localização do edifício, a zona climática em que se insere, a sua orientação, a área de cada espaço a climatizar e as características construtivas do edifício. Para isso, foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando todos estes parâmetros em estudo

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo da permeabilidade em misturas de solo-ligante

Palavras-chave: Solos estabilizados

A existência de numerosos e extensos depósitos de solos contaminados é dos problemas ambientais que urge resolver em todo o mundo, dado que esta situação tem consequências gravosas ao nível da qualidade da água existente no subsolo, repercutindo-se a grandes distâncias do foco de contaminação. A resolução deste tipo de problemas passa frequentemente pela criação de barreiras de contenção “impermeáveis”, confinando os solos problemáticos, reduzindo/anulando a contaminação dos lençóis freáticos. Estas barreiras podem ser efetuadas pela estabilização química do solo de fundação com adição de ligantes, visando a redução do coeficiente de permeabilidade do solo. Na presente dissertação pretende-se estudar a permeabilidade e o comportamento mecânico de amostras de solo mole estabilizado quimicamente, proveniente da região do Baixo Mondego, recorrendo para isso a dois tipos de ensaios: o ensaio de permeâmetro de carga variável (kcv) através do qual se determinará o coeficiente de permeabilidade (k) das amostras e, ensaio de compressão simples (UCS) através do qual se determinará a resistência máxima à compressão simples (qu máx) e o módulo de deformabilidade não drenado (Eu sec 0,5). Os parâmetros objeto de estudo serão o tempo de cura, a dosagem e o tipo e proporção de ligante. Alguns destes parâmetros serão objeto de análise fatorial com a qual se pretende otimizar as misturas e perceber se existe interação entre os vários fatores. Do estudo realizado concluiu-se que a permeabilidade diminui com o aumento do tempo de cura, ao passo que a resistência máxima e deformabilidade aumentam. Em relação à dosagem observou-se ser este o parâmetro de maior peso no desempenho hidráulico e mecânico, diminuindo a permeabilidade e aumentado a resistência e a deformabilidade com o aumento deste parâmetro. Quanto ao tipo de ligante, percebeu-se que a substituição parcial do cimento por outro ligante tem em geral um efeito adverso sob o ponto de vista hidráulico e mecânico, sendo a escória o ligante de substituição que providencia resultados menos desvantajosos em oposição à cal viva. Em relação à análise fatorial observou-se que existe interação entre fatores.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Desempenho estrutural do edifício FRAMEUP em situação de incêndio

Palavras-chave: Estruturas metálicas,Resistência ao fogo

Os perfis metálicos de secção tubular (circular, quadrada ou retangular) apresentam enormes vantagens do ponto de vista estrutural, de durabilidade e de resistência contra incêndios quando comparados com os perfis de igual área de secção transversal, em secção aberta. No âmbito de um projeto europeu (FRAMEUP) está em curso no Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra um estudo que envolve, diversas áreas de estudo, entre elas a avaliação do desempenho de um edifício em estrutura reticulada, composta por vigas e pilares de secção tubular, sob ações de acidente, sismo e fogo. O trabalho desenvolvido no âmbito desta tese consiste na avaliação do desempenho, recorrendo a programas de cálculo numérico, do referido edifício quando submetido à ação de um incêndio num dos seus compartimentos. Será efetuada uma avaliação paramétrica, fazendo variar a localização do compartimento de incêndio. Esta análise tem por base o Eurocódigo 0 que define a combinação de ações de situações de acidente, o Eurocódigo 1 parte 1-2 onde são definidas as ações em estruturas expostas ao fogo, sendo neste definidas as curvas de incêndio paramétricas e por último o Eurocódigo 3 parte 1-2 que define as regras gerais de verificação da resistência ao fogo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise e otimização da distribuição de combustíveis da aviação no Brasil

Palavras-chave: Otimização,Modelo Determinístico,Modelo estocástico,Análise de cenários,Apoio à decisão,Cadeia de distribuição,Combustíveis de aviação,Optimization,Deterministic model,Stochastic model,Scenario analysis,Decision support,Supply chain,Jet fuel

Nos últimos anos, o setor do transporte aéreo no Brasil apresentou uma taxa de crescimento muito elevada. Estima-se que esse desenvolvimento prossiga a um ritmo elevado. Uma consequência direta desta tendência é o aumento do consumo dos combustíveis da aviação. No entanto, a capacidade de oferta das refinarias não acompanhou o crescimento da procura. Neste estudo são descritos modelos de otimização determinísticos, a curto e longo prazo, e um modelo estocástico a longo prazo. Estes visam identificar e resolver os estrangulamentos existentes na cadeia de distribuição de combustíveis de aviação no Brasil, apoiando a tomada de decisão sobre a melhor forma de distribuição e localização de infraestruturas. Para cada solução, o modelo de otimização procura as rotas e modos de transporte com custo mínimo que garantam o abastecimento dos aeroportos em estudo. O tratamento estatístico do tráfego de passageiros em cada aeroporto permite estimar a procura e estabelecer diversos cenários. O modelo estocástico inclui, no processo de decisão, a incerteza associada ao consumo de combustíveis de aviação, através da análise de cenários.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise da construção de túneis com tuneladoras

Palavras-chave: Construção de túneis

A escolha do método construtivo a empregar na construção de um túnel depende de diversos factores, os principais dos quais são as condições naturais do maciço envolvente, a geometria, os efeitos ambientais, os prazos de obra, os níveis de segurança desejados e, ainda, as condições locais, como o nível de desenvolvimento tecnológico, os equipamentos disponíveis, a experiência dos construtores, a natureza e o custo da mão-de-obra. De entre os métodos disponíveis, aquele a que a escavação se processa com recurso a tuneladoras (TBMs, Tunnel Boring Machines) tem ganho importância crescente, particularmente em meios urbanos, uma vez que a sua utilização, entre outras vantagens, permite a possibilidade de atravessar complexas condições geológicas e hidrológicas com segurança e relativa economia. De vários tipos são as tuneladoras existentes, não existindo máquinas de utilização universal. Na escolha da máquina devem ser levados em conta parâmetros elementares como condicionantes naturais, parâmetros físicos como apreciação global da qualidade, descontinuidades, alterabilidade, existência e química da água, parâmetros mecânicos como a dureza do solo/rocha, deformabilidade e potencial de liquefacção, parâmetros hidrológicos, parâmetros de projecto como dimensões e forma, alinhamento vertical ou horizontal, sensibilidade a assentamentos, anomalias no solo como obstáculos naturais ou artificias e por fim outros parâmetros como a abrasividade, a propensão do solo a colar, a fricção maciço/máquina e a presença de gás. Existindo, na bibliografia de língua portuguesa, muito pouca informação disponível sobre esta técnica de escavação mecanizada de túneis, pretende-se com este trabalho suprir tal lacuna. Para a concretização de tal objectivo, far-se-á uma revisão da bibliografia da especialidade procurando-se situar e equacionar os diversos aspectos relacionados com a técnica, designadamente os respeitantes ao princípio de funcionamento das tuneladoras, às vantagens e desvantagens do seu emprego, aos tipos de tuneladoras existentes, aos parâmetros a considerar para a escolha do tipo adequado bem como a explanação de um modelo de prognóstico de performance na escavação com tuneladoras em maciços rochosos. Será também efectuada a análise da aplicação desta técnica construtiva em Portugal, mais concretamente no Metro do Porto, onde se pretende sucintamente, caracterizar o maciço e apresentar as principais características da tuneladora escolhida para o escavar.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Comportamento de ligações entre vigas e pilares de secção tubular em situação de incêndio

Palavras-chave: Ligação viga-pilar,Ligações metálicas

Os perfis metálicos de secção tubular (circular, quadrada ou retangular) apresentam enormes vantagens do ponto de vista estrutural, durabilidade e resistência contra incêndios quando comparados com os perfis de secção aberta. Contudo, são bastante penalizados por causa das dificuldades associadas ao cálculo e dimensionamento e execução das ligações. A norma EN 1993-1-8 é a base do dimensionamento de ligações por toda a Europa. Esta é especificada para o dimensionamento de ligações aparafusadas e soldadas entre perfis metálicos de secção aberta. Mas quando se trata da aplicação a ligações aparafusadas entre perfis tubulares a norma EN 1993-1-8 torna-se dispensável, o que acontece com a tipologia da presente tese. Cada vez mais se tem optado pelo uso de perfis tubulares em estruturas metálicas, o que tem justificado o aumento do número de estudos no âmbito das ligações entre perfis deste tipo. Tais estudos têm de ter em conta o processo de execução, a segurança e a minimização do custo de fabrico. Para tal no âmbito de um projeto europeu (FRAMEUP), que está em curso no Departamento de Engenharia Civil da FCTUC foi feito um conjunto de ensaios experimentais estáticos e cíclicos, à temperatura ambiente e ao fogo, para avaliar o comportamento de uma nova tipologia de ligação entre vigas e pilares, ambos constituídos por secções tubulares. Neste projeto pretende-se ainda desenvolver modelos numéricos e analíticos através do método das componentes para caracterizar adequadamente o comportamento desta tipologia de ligação, em particular das novas componentes. A presente tese pretende caracterizar a ligação em estudo quando sujeita a incêndio. Para tal é necessário identificar e caracterizar as componentes da ligação à temperatura ambiente, utilizando estudos já efetuados e possíveis relações com a norma em vigor. Posteriormente é efetuado o cálculo da resistência das componentes sujeitas a cargas térmicas utilizando a norma EN 1993-1-2, confrontando os resultados obtidos com o verificado experimentalmente

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Automação de soluções de arquitetura solar passiva

Palavras-chave: Arquitectura solar passiva,Conforto térmico em edifícios,Domótica

A necessidade do ser humano se fixar e combater as instabilidades do meio ambiente foram as razões para o aparecimento das primeiras habitações. No entanto, a procura do conforto da habitação em toda a sua plenitude tem levado a um uso excessivo de recursos energéticos. Por isso mesmo são estudadas formas de combater este consumo a nível habitacional. A introdução de diferentes soluções de arquitetura solar passiva nos projetos correntes de arquitetura proporcionam o aproveitamento da energia solar e das condições climatéricas exteriores à habitação para que o conforto térmico de uma habitação seja conseguido muitas vezes sem recurso a qualquer tipo de consumo de energia elétrica. A domótica, devido ao seu desenvolvimento e preço de mercado, começa cada vez mais a fazer parte integrante dos planos de construção. É uma tecnologia que atua na segurança, economia, conforto, ecologia e integração e que pretende criar um ambiente mais autónomo e cómodo com proveitos significativos no uso das energias. Com esta dissertação pretende-se mostrar de que forma se pode potenciar o uso de arquitetura solar passiva através da introdução de automação em soluções construtivas, visando o aquecimento pelos ganhos solares e a ventilação natural. É previsível que para o nosso clima estas soluções são capazes de satisfazer os parâmetros de conforto térmico das habitações ou pelo menos permitir a redução dos consumos energéticos habitacionais

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias