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Estudo dos efeitos diferidos e termo-higrométricos nos sistemas mistos madeira-betão

Palavras-chave: Estruturas mistas betão-madeira

Nos sistemas mistos madeira-betão os dois materiais apresentam um comportamento conjunto que é assegurado pela ligação. Em geral esta ligação não é completamente rígida pelo que a sua rigidez condiciona de forma significativa o comportamento final da estrutura. Tratando-se de dois materiais com comportamentos diferidos e termo-higrométricos bastante distintos, as distribuições de esforços internos e deformações vão depender destes. Neste trabalho pretende-se estudar a influência que as variações dimensionais induzidas pelos efeitos diferidos (retração e fluência nos materiais) e efeitos termo-higrométricos (variação do teor de água) podem ter nas distribuições de esforços e deformações neste tipo de sistema. O estudo centra-se em sistemas simplesmente apoiados, a opção usada na esmagadora maioria das aplicações práticas. Para atingir este objetivo será desenvolvido um modelo numérico com base numa análise linear que permita simular de forma adequada o comportamento dos sistemas mistos madeira-betão. Esta análise linear será realizada por via de duas diferentes metodologias: pelo modelo simplificado apresentado no Anexo B do Eurocódigo 5, 1-1 e pelo método dos elementos finitos utilizando o programa EvalS. Os resultados deste modelo serão validados com base nos resultados disponíveis de outros modelos. Usando o programa de elementos finitos serão introduzidas ações cinemáticas representativas dos efeitos que se pretende simular (retração, fluência e variação de teor de água) e realizadas as correspondentes análises. Com base nos resultados obtidos será avaliada a influência que estes efeitos podem ter na distribuição de esforços e deformações. Das análises efetuadas concluiu-se que um modelo simplificado de análise de uma estrutura mista madeira-betão deve ter em conta o efeito da retração do betão e a variação do teor de água na madeira e não só a fluência dos materiais, uma vez os dois primeiros efeitos provocam uma variação significante na distribuição de tensões.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
A utilização de materiais reciclados na construção para melhoria do desempenho térmico e acústico

Palavras-chave: Materiais reciclados,Materiais de construção,Desempenho térmico de edifícios,Desempenho acústico de edifícios

O sector das construções consome muitos recursos naturais não renováveis, o que acarreta problemas para o ambiente, tais como, o esgotamento dos recursos e os impactes ambientais associados ao fabrico dos materiais de construção. Para que este sector seja eficiente é necessário adoptar medidas sustentáveis, como o uso de materiais naturais e de resíduos. Neste trabalho focamos o estudo nos resíduos aplicados neste sector. Este interesse deve-se à elevada produção de resíduos, o que leva a uma acção de reciclagem quase obrigatória. Fez-se uma revisão do estado da arte para analisar os resíduos aplicados no fabrico de alguns materiais e elementos de construção, estudando-se com mais detalhe os resíduos aplicados no fabrico de isolantes térmicos e acústicos. O foco neste assunto deve-se ao elevado consumo de energia para aquecimento e arrefecimento dos edifícios, emitindo grandes quantidades de carbono. Por outro lado, as crescentes exigências de conforto têm vindo progressivamente a valorizar a componente acústica dos edifícios. Avaliamos e comparamos também os desempenhos térmico e acústico de algumas amostras de isolantes reciclados com algumas amostras de isolantes correntes. As amostras recicladas são de resíduos têxteis e de resíduos de espumas, e as amostras de referência são lã de rocha, poliuretano e basotect. A avaliação do desempenho foi feita através dos parâmetros condutividade térmica (λ) e coeficiente de absorção sonora (α). Pela comparação destes dois parâmetros observamos que as amostras recicladas têm valores comparáveis com os das amostras comerciais. Assim, estes materiais reciclados podem constituir soluções interessantes como isolantes térmicos e acústicos

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação teórica do comportamento à torção de lajes de betão armado

Palavras-chave: Torção,lajes de betão armado,momento torsor reduzido,curva genérica de comportamento,testes paramétricos,Torsion,reinforced concrete slabs,reduced twisting moment,generic curve,behaviour curve,parametric tests

Neste trabalho é feita uma avaliação teórica do comportamento à torção de lajes de Betão Armado (BA). Em virtude dos resultados obtidos em ensaios experimentais, sabe-se que a curva que define a resistência à torção de lajes de BA é constituída por três fases distintas: A fase linear elástica, não fissurada; a fase não linear, de desenvolvimento de fissuras até se atingir a cedência e por último, a fase de plastificação das armaduras até se atingir a rotura no ponto de carga máxima. Um aspecto relevante para a análise da curva momento torsor-rotação unitária T-θ, é a diminuição acentuada da rigidez ao se passar da fase inicial para a segunda fase. Assim, a avaliação consiste na análise de resultados experimentais, de lajes quadradas ensaiadas à torção pura, e na análise de resultados obtidos com modelos numéricos, recorrendo a dois programas computacionais distintos. Com o objectivo de caracterizar o comportamento genérico de lajes de BA sujeitas à torção, são feitos testes paramétricos, a nível numérico, relativos à geometria, às características do betão e às características do aço, constituintes das lajes. Os resultados obtidos são confrontados com os experimentais a fim de se chegar a relações que permitam a caracterização de cada uma das fases da curva do comportamento. Por um lado, são propostos parâmetros adimensionais, designados de momentos torsores reduzidos, que reúnem as relações paramétricas e facilitam a obtenção dos momentos torsores nos pontos característicos das curvas. Por outro lado, são propostas equações simples para a obtenção da rotação unitária nos mesmos pontos. Assim se define a pretendida curva genérica do comportamento. É verificada a aplicabilidade e a fiabilidade dos resultados ao serem confrontados com os exemplos experimentais disponíveis. Os resultados obtidos são analisados e discutidos. Apresentam-se também as principais conclusões a que se chegaram bem como as sugestões para a continuação do desenvolvimento deste tema no futuro.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação não destrutiva das propriedades mecânicas de postes de madeira com recursos a técnicas não destrutivas

Palavras-chave: Madeira -- propriedades mecânicas

Neste estudo, pretende-se fazer uma avaliação das propriedades mecânicas de madeira circular da espécie Pinheiro bravo através do recurso a técnicas de ensaio não destrutivas, tendo em vista a sua posterior aplicação em postes de suporte de linhas aéreas. O trabalho foi iniciado por uma selecção e caracterização visual de uma amostra de postes, cumprindo com os pressupostos estabelecidos na Norma EN 14229 (CEN, 2010). Após essa caracterização, os postes foram sujeitos a ensaios não destrutivos baseados em quatro técnicas: vibração longitudinal, vibração transversal, ultra-sons e flexão simplificada. Por fim, para aferir a validade dos ensaios não destrutivos, foram realizados ensaios, segundo a mesma norma, com o objectivo de determinar o módulo de elasticidade estático. O conjunto de resultados obtidos foi analisado por forma a perceber quais as propriedades da madeira, e/ou técnicas não destrutivas cujos valores melhor se correlacionam com o módulo de elasticidade estático. Tal foi atingido através de um estudo estatístico, que recorreu a regressões lineares simples. Para o módulo de elasticidade estático dos ensaios de flexão simplificada e dos ensaios de flexão de acordo com a norma resultaram valores médios de 6.8GPa e 10.6GPa, respectivamente. Quanto aos ensaios dinâmicos os resultados foram um pouco superiores apresentando valores de 14.7GPa para a vibração transversal, 14.8GPa para a vibração longitudinal e 13.2GPa para os ultra-sons. No que diz respeito às correlações avaliadas entre o módulo de elasticidade estático e outras propriedades, os melhores valores foram obtidos com a inclinação das fibras, a ovalidade na linha terra, a massa volúmica e o adelgaçamento; o ensaio de flexão simplificado e o ensaio de vibração longitudinal

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Optimização de estruturas modulares em aço enformado a frio

Palavras-chave: Aço enformado a frio,Encurvadura local,Instabilidade distorcional,Encurvadura global,Cold-Formed Design,Otimização estrutural,Cold-formed steel,Local Buckling,Distortional Buckling,Global Buckling,Cold-Formed Design,Structural optimization

Na indústria da construção, a sustentabilidade adquiriu um papel fundamental. O tema da dissertação surge no seguimento do projeto I&DT Cool Haven, que visa desenvolver um conceito inovador de construção, que consiste em conferir aos espaços uma sustentabilidade assente na eficiência estrutural e adaptabilidade das estruturas às várias exigências funcionais durante a vida útil da construção. Associado a este conceito surge a construção modular e a construção metálica de aço enformado a frio. A construção modular exibe francas vantagens pelo facto dos trabalhos de execução serem maioritariamente desenvolvidos em fábrica, reduzindo assim o tempo de execução em obra e, simultaneamente a probabilidade de existirem erros e consequentes defeitos na estrutura. A construção metálica, por sua vez, exibe vantagens óbvias pelo facto do aço ser um material totalmente reciclável e de grande eficiência estrutural. A presente dissertação está relacionada com a necessidade de transformar este conceito de construção inovador, competitivo e atrativo a nível económico. O objetivo desta dissertação foi desenvolver uma ferramenta de suporte essencial na otimização de estruturas modulares de aço enformado a frio em termos de eficiência estrutural. Como tal, foi desenvolvida a ferramenta de cálculo computacional Cold-Formed Design, por forma a facilitar o dimensionamento e otimização de elementos de aço enformado a frio, a qual foi posteriormente utilizada na otimização das estruturas modulares de aço enformado a frio. O documento começa por referir as principais características associadas aos elementos de aço enformado a frio, bem como as vantagens e desvantagens resultantes da sua utilização na construção. Posteriormente é apresentada, pormenorizadamente, o Cold-Formed Design. Numa fase final do documento são apresentadas a análise e otimização das estruturas modulares planas, sendo apresentadas as características das estruturas modulares otimizadas e a redução das quantidades de aço resultante da otimização estrutural

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação das tensões em vigas de betão armado

Palavras-chave: Vigas de betão armado,Resistência à tensão

A evolução dos conhecimentos no mundo da Engenharia Civil e um maior domínio dos materiais, no caso particular do betão armado, permite o fabrico de estruturas com características melhoradas e com comportamento mais previsível. Contudo, a procura de soluções arquitetónicas arrojadas e económicas conduz à construção de estruturas cada vez mais esbeltas e flexíveis, aumentando deste modo os níveis de tensão instalados nos materiais, o que obriga a um aproveitamento criterioso dos mesmos. Neste âmbito, o regulamento europeu para projectos de estruturas de BA, o Eurocódigo 2, indica para os Estados Limites de Utilização e em particular para a limitação das tensões nos materiais, quer no betão, quer no aço traccionado, diversos limites para a verificação da segurança, relativamente aos quais se constatou existirem algumas incongruências. No seguimento desta necessidade, realizou-se uma análise de um conjunto de 9 vigas de BA de 5 autores distintos ensaiadas à flexão simples com o intuito de se avaliar rigorosamente as tensões no betão e no aço. De seguida confrontaram-se estes limites com o limite imposto ao nível do estado limite último. Para além disso, analisou-se a variação destas tensões com a carga, e também a variação das cargas relativas à imposição das limitações de tensões em função das características básicas supostas para os materiais

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise de critérios de dimensionamento de ventosas em sistemas adutores

Palavras-chave: Sistemas hidráulicos

Embora um sistema adutor seja projectado para o transporte de água, regra geral, o fluído que escoa não é apenas água, mas sim uma mistura de água e ar. A presença de ar nos sistemas adutores, seja na forma de pequenas bolhas ou constituindo bolsas de diferentes formas e dimensões, pode ser fonte de inúmeros problemas no respectivo funcionamento que poderão traduzir-se num acréscimo da perda de carga, num consumo excessivo de energia por parte das bombas ou mesmo no aparecimento de elevadas sobrepressões que coloquem em causa a correspondente segurança e fiabilidade. Ainda que seja difícil estimar de forma exacta a magnitude das sobrepressões geradas nas condutas pela presença de bolsas de ar, o conhecimento físico do problema e a possibilidade de prever as suas potenciais consequências apresenta desde logo um indubitável interesse prático. Para alcançar este objectivo, é apresentado e validado um modelo numérico (baseado no modelo rígido) que permite simular transitórios num sistema com uma bolsa de ar confinada ou, em alternativa, provido de um orifício ou uma ventosa de forma a permitir a sua expulsão. A aplicação deste modelo a algumas situações, para as quais se dispõe dos correspondentes ensaios experimentais, permitiu confirmar as elevadas sobrepressões que se podem alcançar e efectuar a correspondente validação. Como não é possível unicamente através de medidas de carácter preventivo evitar a acumulação de ar no interior das condutas, haverá que tomar medidas correctivas, ou seja, dispor de dispositivos aptos para realizar a função de extracção do ar acumulado: as ventosas. As ventosas para cumprirem adequadamente o seu papel de expulsão de ar e protecção do sistema contra as sobrepressões e depressões excessivas, terão que ser correctamente seleccionadas, localizadas e instaladas ao longo do perfil do sistema adutor por forma a terem um bom desempenho e não gerarem fenómenos de golpe de aríete indesejados que possam ocasionar situações mais problemáticas do que aquelas que pretendiam evitar. Para o efeito, são apresentadas e aplicadas metodologias para o dimensionamento das ventosas de grande orifício a utilizar nas operações de enchimento e esvaziamento dos sistemas e efectuada uma análise de sensibilidade comparativa das duas situações. Finalmente, é feita uma análise ao dimensionamento de ventosas de pequeno orifício (purgadores) utilizadas para a expulsão “contínua” do ar no decurso da operação normal do sistema adutor.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
A mobilidade no Pólo II da Universidade de Coimbra

Palavras-chave: Mobilidade sustentável -- Coimbra,Campus universitários

Os campus universitários (CU) da atualidade são grandes polos geradores de viagens, devido às suas diversificadas funções, capacidade de promoção de uma mobilidade sustentável intra e extracampus, sendo necessário sensibilizar os seus utilizadores para os graves problemas que o transporte individual (TI) acarreta para o meio ambiente e para a saúde dos cidadãos. Deste modo, o peão deve ser visto como a chave da solução, numa perspetiva de promoção do uso de transportes sustentáveis, como o transporte coletivo (TC) e os modos suaves, bicicleta e a pé. Neste tipo de espaços pretende-se restringir o acesso automóvel, promover a qualidade de vida dos utilizadores dos CU. Partindo destes princípios, foi feita uma síntese dos princípios de mobilidade sustentável aplicados em CU estrangeiros, ao nível da gestão do acesso automóvel, transportes públicos, rede pedonal e sistemas de ciclovias. Considerando como caso de estudo o Polo II da Universidade de Coimbra (UC), foi realizada uma análise às viagens com destino ao Polo, focalizada no modo de viagem, motivo da viagem, frequência, origem, hora de chegada, entre outros. Pretende-se com esta análise, criar uma solução de mobilidade eficiente e sustentável, a curto e médio-prazo, centrando esta solução no público-alvo da rede pedonal e ciclável.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização do comportamento mecânico de sistemas ligantes obtidos por activação alcalina; Evolução temporal e composição de activador

Palavras-chave: Metacaulino,Ligantes,Geopolímeros

A construção e a deterioração precoce de estruturas de betão armado à base de cimento Portland Normal é um fenómeno actual com consequências significativas, quer ao nível dos custos económicos associados a essas operações, quer mesmo em termos dos impactos ambientais. Este material possui ainda a agravante de poder ser considerado um material pouco sustentável pelo facto de na sua produção se gerarem significativas quantidades de CO2. Os processos de obtenção dos agregados para o betão também representam um grande impacto ambiental. A presente dissertação de mestrado aborda o desenvolvimento de uma nova família de materiais, obtidos por activação alcalina de um ligante, que se caracteriza por uma elevada durabilidade e menores emissões de dióxido de carbono, constituindo-se por isso num sério contributo para uma construção mais sustentável. Neste contexto, o objectivo desta dissertação consiste na caracterização do comportamento mecânico de materiais obtidos com a activação do metacaulino, utilizando para isso um activador composto, resultante da combinação de Hidróxido de Sódio com Silicato de Sódio. Pretende-se caracterizar a evolução temporal destas características, bem como estudar a influência da composição do activador composto. Para a análise das propriedades mecânicas das misturas foram realizados diversos ensaios tipo sobre provetes previamente elaborados. Os resultados mostram a viabilidade da utilização dos geopolímeros como material de construção na edificação e que a sua capacidade resistente pode ser controlada a partir da composição do activador. Em relação à evolução temporal, verifica-se que quase não existem alterações nas propriedades mecânicas do material a partir do 14º dia de vida. Ao 7º dia, os ganhos diários dos geopolímeros são equivalentes aos de um betão normal ao 28º dia. Interessa referir que, à medida que a quantidade de Hidróxido de Sódio diminui, o processo de desenvolvimento das características do material torna-se mais lento.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Influência do aperto de parafusos em ligações correntes em estruturas metálicas

Palavras-chave: Ligações de estruturas,Estruturas metálicas

Num local no qual dois ou mais elementos estruturais convergem são utilizados dispositivos que pretendem transmitir forças entre esses mesmos elementos. Aos dispositivos dá-se o nome de ligações. Embora em estruturas metálicas seja frequente o uso de ligações soldadas e ligações aparafusadas, as ligações aparafusadas estão mais vulgarizadas pela sua facilidade de fabrico e montagem em obra. Na Norma EN 1090-2 (CEN, 2008) e no Eurocódigo 3, Parte 1-8 (EC3-1-8) (CEN, 2004) são dadas recomendações para a execução e dimensionamento de ligações aparafusadas. Dependendo do desempenho requerido, esta normalização separa este tipo de ligações em dois grandes grupos: ligações pré-esforçadas e ligações não pré-esforçadas. Estas últimas são mais comuns, relativamente simples de montar e necessitando de um controlo de qualidade menos exigente, sendo por isso muitas vezes apelidadas de ligações correntes. No entanto as indicações sobre o aperto dos parafusos em ligações correntes, fornecidas pelas Normas Europeias e pelo Anexo Nacional Português do EC3-1-8 (CEN, 2010), incluem termos com alguma subjetividade na sua aplicação e revelam ausência de informação que podem ou não ter influência no comportamento dos parafusos e no consequente comportamento global da ligação. A presente dissertação pretende, numa primeira fase, expor as principais diferenças de propriedades e de fabrico entre as duas Normas Europeias de parafusos, EN 15048-1 (CEN, 2006) e EN 14399-1 (CEN, 2005). Numa segunda fase, após ter-se esclarecido e clarificado o conjunto de procedimentos da EN 1090-2 (CEN, 2008) aplicáveis à execução de ligações aparafusadas, procura-se avaliar a influência do aperto dos parafusos no comportamento destes, no contexto do comportamento global das ligações. Esta fase inclui um estudo experimental desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, em que se analisam três tipos de parafusos levados à rotura por corte quando submetidos a diferentes níveis de aperto. As principais conclusões apontam no sentido em que o nível de aperto não influencia a resistência ao corte, mas um aperto excessivo pode ser prejudicial em parafusos correntes

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Uso da termografia para caracterizar qualitativamente fachadas de edifícios

Palavras-chave: Termografia,Fachadas de edifícios

Atualmente, para avaliar o estado funcional de um sistema é possível utilizar técnicas não destrutivas, em alternativa à utilização de técnicas invasivas. A termografia tem-se revelado um poderoso método de inspeção não destrutivo em edifícios, devido à maioria dos defeitos e componentes dos materiais estar associado à temperatura, pelo que a sua medição é essencial para a deteção e caracterização destes. Para um melhor conhecimento da técnica de termografia foi estudado o seu funcionamento, particularmente aspetos teóricos referentes à medição da temperatura e parâmetros que afetam a medição da radiação emitida pelas superfícies. De forma a avaliar a técnica de termografia, implementou-se uma extensa campanha termográfica com o intuito de avaliar as suas potencialidades e limitações na avaliação qualitativa de fachadas. Assim foi possível verificar na prática, os conceitos analisados na teoria, identificar as dificuldades e formas de as superar. Foram escolhidos nove edifícios caracterizados por apresentarem revestimentos distintos e efetuada uma análise qualitativa às suas fachadas. Os dados recolhidos serviram para identificar a influência das diversas condicionantes aquando da aplicação da técnica da termografia in situ. Estas condicionantes são a orientação da fachada, altura do dia, condições meteorológicas, meio circundante e características do próprio edifício.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias