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Estudo experimental de nós de pórticos de madeira em betão armado

Palavras-chave: Pórticos de madeira,Ligações madeira-betão

Devido à descontinuidade do fio, os nós de pórticos de madeira maciça ou lamelada colada, se resistentes a momentos fletores, requerem o recurso a dispositivos mecânicos, como parafusos e chapas de aço na zona do nó, e eventualmente a duplicação de um dos membros. No presente trabalho procede-se ao estudo experimental de uma prótese de betão armado, numa ligação de canto inovadora, destinada essencialmente a pórticos de grande vão. Foram produzidos e ensaiados provetes, constituídos por troços de viga e pilar de madeira ligados por um nó em micro-betão armado de alta resistência, moldado diretamente contra a peça, utilizando armaduras de aço de construção corrente. A amarração das armaduras é garantida pela sua colagem, num comprimento de amarração adequado e na direção do fio, com resina epóxida em furos executados nos topos de cada um dos membros a ligar. A campanha experimental foca-se no comportamento e desempenho deste tipo de ligação num estado de flexão quase-pura. Com o objetivo de individualizar o efeito do momento fletor, a aplicação de carga nos provetes é realizada a partir de um sistema treliçado diminuindo a interação de esforços entre momento fletor e esforço transverso. Os resultados obtidos revelam a qualidade deste novo tipo de ligação, levando a uma rotura por esmagamento do betão e cedência plástica das armaduras, rotura desejável em dimensionamento de ligações, devido ao seu comportamento dúctil. Apresenta-se aqui uma primeira abordagem, que deve ser posteriormente validada recorrendo a modelação numérica em elementos finitos, a esta técnica prometedora para ligações em pórticos de madeira, conferindo uma maior rigidez inicial. Este estudo indica que é possível obter ligações de resistência similar às ligações de madeira convencionais, a partir de um processo de realização simples e barato, proporcionando uma ligação plana adequada quer para execução em obra quer para pré-fabricação e posterior aplicação.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Validação de um modelo analítico para previsão de isolamento a sons aéreos

Palavras-chave: Modelos de previsão,Isolamento acústico de edifícios

O conforto acústico dos edifícios depende das características dos elementos construtivos dos mesmos. Os elementos de compartimentação vertical (paredes) devem ser estudados no que respeita à transmissão de sons aéreos e os elementos de compartimentação horizontal (pavimentos) devem ser estudados no que respeita à transmissão de sons de percussão e de sons aéreos. O estudo do comportamento destes elementos e a sua caracterização permitem obter resultados que facilitam a decisão das escolhas de materiais e componentes na fase de projeto. Nesta fase, pode recorrer-se a modelos de previsão que permitam caracterizar as soluções a aplicar sem ter necessidade de recorrer a ensaios prévios. No entanto, muitos destes modelos assumem simplificações que originam resultados muito diferentes dos reais. Muitas vezes quando são efetuadas medições de isolamento sonoro, após a construção do edifício, verificase o não cumprimento dos requisitos acústicos devido às deficiências dos modelos de previsão utilizados. Para evitar este tipo de situações, considera-se que os modelos de previsão devem ser sempre devidamente validados com resultados experimentais, de maneira a que se conheçam as suas limitações. Neste trabalho, foi usado um modelo analítico de previsão de isolamentos a sons aéreos já existente, ao qual foram efetuadas algumas alterações, que será validado com resultados experimentais. O modelo será validado com paredes de diferentes constituições. Será usada uma base de dados com resultados de medições em câmaras acústicas com os quais será validado o modelo. Com estes resultados será possível aferir quais as limitações do modelo e, consequentemente, fazer variar os diferentes parâmetros na modelação, de maneira a aproximar os resultados analíticos dos experimentais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Aspectos de dimensionamento de torres eólicas tubulares em aço

Palavras-chave: Torres eólicas,Torre tubular em aço

Uma fonte renovável com baixo impacto ambiental, para produção de energias alternativas aos métodos convencionais é a energia eólica. Tem obtido muitos bons resultados, já amplamente demonstrados, e é captada através de turbinas eólicas que se encontram no topo de torres. A torre tubular em aço é o tipo de torre mais usado, facto que advém da rápida montagem no local, mesma rigidez de flexão em todas as direções, e bom comportamento a torção, fazendo com que essas torres sejam alvo de otimização. As torres estão sujeitas principalmente a ações cíclicas, geradas pelo vento e pelo funcionamento da turbina, que podem levar à sua rutura por fadiga, ou por instabilidade da casca metálica em virtude da minimização da sua espessura. Esta tese tem como principal objetivo a sistematização de procedimentos de análise e dimensionamento, para que possam ser utilizados no desenvolvimento de guias de dimensionamento para torres eólicas tubulares em aço, tendo em conta os Eurocódigos, outras normas aplicáveis, e a mais recente investigação tendo em conta o melhoramentos de ligação. O documento incide sobre os procedimentos de projeto para a verificação da estabilidade da casca, fadiga, incluindo ligações em flange e por atrito. O documento apresenta sistematicamente as metodologias e procedimentos de projeto ilustrados com exemplos numéricos. É feita uma comparação entre ligações em flange convencionais e ligações de atrito, ilustrando-o com o exemplo numérico de uma torre eólica com 80 m de altura. As ações consideradas no dimensionamento do exemplo apresentado incluem o peso próprio, tanto dos elementos estruturais como dos elementos de produção de energia, e a ação do vento a incidir sobre as pás do rotor e sobre a torre.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo numérico e computacional de nós de pórticos de madeira em betão armado

Palavras-chave: Pórticos de madeira,Ligações madeira-betão

Devido à descontinuidade do fio, os nós de pórticos de madeira maciça ou lamelada colada, se resistentes a momentos, requerem o recurso a dispositivos mecânicos, como parafusos e chapas de aço internas ou externas na zona do nó, e eventualmente a duplicação de uma das barras (geralmente o pilar). A presente dissertação baseia-se na modelação numérica em elementos finitos, utilizando o programa ABAQUS, duma ligação inovadora para nós de pórticos de madeira em betão, cuja junção madeira/betão é efetuada através de varões de aço, colados por intermédio de resinas epóxi à madeira. A modelação centra-se na obtenção e análise do complexo regime de tensões verificada no nó, assim como na comparação dos resultados obtidos com os ensaios experimentais e resultados analíticos. Foram realizados dois modelos numéricos, um mais simples, isotrópico, e outro mais complexo e aproximado da situação real em que foram consideradas as especificidades dos materiais, nomeadamente a ortotropia da madeira e a reduzida resistência do betão à tração.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Uso sustentável da água: Certificação hídrica em edifícios

Palavras-chave: Certificação Hídrica,Eficiência Hídrica,PNUEA,Hydric Certification,Water Efficiency,PNUEA

O aumento da população, a par do crescimento das cidades e o clima de cada região, em determinadas circunstâncias associado às alterações climáticas que se traduzem, nomeadamente, num aumento da intensidade e frequência das 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, constituam, presentemente, um grande desafio a nível mundial. Em Portugal, a necessidade de uma gestão sustentável da água foi já reconhecida 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, contribuindo para minimizar os riscos de escassez hídrica e para melhorar as condições ambientais nos meios hídricos, sem pôr em causa as necessidades vitais e a qualidade de vida das populações, bem como o desenvolvimento socioeconómico do país e, ao mesmo tempo, fomentar o desenvolvimento de uma nova cultura da água em Portugal, que valorize de forma crescente este recurso, contribuindo para a preservação do meio natural, numa ótica de desenvolvimento sustentável. Entre as ações propostas neste programa a nível dos edifícios, destacam-se, entre outras, a par da implementação de um sistema de rotulagem de equipamentos, a implementação de um sistema de classificação da eficiência de utilização de água (certificação) aplicável a dispositivos e equipamentos que conduza à elaboração de um regulamento de certificação hídrica de edifícios e que permita, futuramente, uma certificação da eficiência hídrica dos edifícios. No presente trabalho pretende-se analisar os modelos de avaliação da eficiência hídrica já existentes noutros países e analisar criticamente o caso particular do sistema de rotulagem e certificação hídrica implementado em Portugal. Uma breve análise ao impacto global da aplicação desde modelo, quer em termos económicos, quer em termos de poupança de água, permite uma poupança da ordem dos 40% apenas na substituição de autoclismos, torneiras e chuveiros.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Comparação do custo de uma ponte pedonal de tirantes com o tabuleiro em lamelado-colado ou em aço

Palavras-chave: Pontes pedonais,Tabuleiros de pontes

Na presente dissertação foi estudada uma ponte pedonal atirantada sujeita às forças dinâmicas da passagem de uma prova de atletismo, sendo comparados os resultados obtidos utilizando um tabuleiro em aço e um tabuleiro de lamelado-colado. Este trabalho foi efectuado com o objectivo de avaliar os custos das duas soluções em termos de comodidade para o peão. Para cada material foram consideradas 3 pontes com vãos diferentes. A partir do pré-dimensionamento das secções a utilizar para o tabuleiro, é efectuada uma análise estática para as pontes, com tabuleiro em aço e tabuleiro em lamelado-colado. Procurou-se garantir que a ponte apresenta deslocamentos e esforços que garantam a segurança da mesma. Seguidamente é abordada a análise da fase construtiva da ponte. Esta fase da ponte é crucial para a sustentabilidade da mesma, dado que a estrutura apresenta uma grande flexibilidade. Por esse motivo foi necessário efectuar esta análise para verificar a segurança da mesma durante a sua construção. As pontes pedonais de tirantes foram sujeitas a uma análise dinâmica, verificando os valores obtidos aquando da solicitação provocada por uma maratona. Para cada solução foram comparados os valores obtidos e por fim apresentados os custos de cada solução.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Otimização da seção transversal de chapas perfiladas e madres ómega de aço enformado a frio

Palavras-chave: aço enformado a frio,chapa perfilada,madre ómega,Eurocódigo 3,classe 4,cold-formed steel,sheeting profile,Omega purlin,Eurocode 3,class 4

A construção com elementos de aço enformado a frio tem vindo a conhecer um desenvolvimento exponencial nas últimas décadas por se tratar de uma solução leve, de fácil aplicação e, consequentemente, vantajosa do ponto de vista económico. A grande maioria dos estudos já realizados no domínio das estruturas em aço enformado a frio incide sobre o desempenho e otimização de elementos estruturais principais, nomeadamente pilares e vigas em estruturas de pequeno porte, e de madres para suporte de elementos de revestimento em estruturas de edifícios de múltiplos pisos ou em pavilhões industriais. Por outro lado, e apesar da crescente utilização de chapas de revestimento em aço enformado a frio, o estudo do desempenho e otimização destes elementos estruturais secundários é uma área ainda pouco desenvolvida. As chapas de revestimento em aço enformado a frio, apesar do reduzido peso próprio do material, muitas das vezes correspondem a uma parcela significativa do peso da estrutura, por cobrirem grandes vãos e, por conseguinte, a utilização de secções otimizadas poderá contribuir de forma decisiva para a redução do custo global da estrutura. A crescente popularidade do aço enformado a frio impulsionou o desenvolvimento de métodos para o cálculo da resistência dos elementos neste material e depressa surgiram normas de dimensionamento de elementos estruturais neste tipo de aço, normas que deverão ser tidas em consideração aquando do estudo do desempenho e otimização dos elementos. Neste contexto, a investigação realizada no âmbito desta dissertação pretende a otimização da forma da secção transversal de chapas perfiladas e da secção transversal de madres Ω, com base em estudos analíticos apoiados nas Partes 1-3 e 1-5 do Eurocódigo 3. Nos estudos desenvolvidos foram tidos em conta os parâmetros geométricos das secções, a classe do aço, a espessura da chapa e a possibilidade de introdução de reforços, em particular no que se refere às suas implicações na resistência à flexão dos elementos. Como resultado destes trabalhos de investigação, apresenta-se uma série de secções economicamente mais competitivas do que as atualmente disponíveis no mercado e, tanto quanto possível, otimizadas ao nível das propriedades de resistência à flexão.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação do comportamento de colunas atirantadas pré-esforçadas

Palavras-chave: Colunas

A capacidade de carga de colunas esbeltas é limitada pela instabilidade destas quando sujeitas a cargas de compressão em detrimento da resistência plástica da secção transversal. O comportamento destas colunas pode ser melhorado pela aplicação de tirantes que inibem os deslocamentos laterais e as rotações quando sujeitas à compressão. Com a introdução de cabos pré-esforçados, o comprimento de encurvadura das colunas ensaiadas reduz-se para metade do comprimento total, conseguindo-se soluções mais leves devido à redução da área da secção transversal e assim mais económicas que as soluções tradicionais. O trabalho desenvolvido pretende avaliar o comportamento de pré e pós-encurvadura de colunas atirantadas pré-esforçadas em compressão. O estudo tem por base uma série de ensaios laboratoriais, à escala real, fazendo variar parâmetros como a secção transversal das colunas, o diâmetro dos cabos, o nível de pré-esforço inicial aplicado nos cabos e a classe de aço da secção transversal das colunas. Para além dos ensaios experimentais das colunas, efetua-se a caraterização completa das propriedades geométricas e mecânicas das colunas. Os resultados obtidos experimentalmente para as colunas atirantadas pré-esforçadas são comparados com os das colunas simples de modo a estimar o ganho de resistência à compressão das soluções atirantadas pré-esforçadas relativamente à situação sem cabos. Posteriormente compararam-se os resultados experimentais com os resultados obtidos pela metodologia de dimensionamento.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Mitigação do impacto das alterações climáticas na drenagem urbana

Palavras-chave: Drenagem urbana,Inundações -- gestão de risco,Alterações climáticas

Recentes inundações em todo o mundo mostram a vulnerabilidade do ambiente urbano às condições hidrológicas extremas. Inundações em ambiente urbano ocorrem principalmente devido a forte chuva e da incapacidade do sistema de drenagem para escoar toda a água superficial resultante da precipitação. O recente aumento de inundações urbanas resultados do efeito combinado das alterações climáticas e urbanização tem consequências devastadoras e dispendiosas (Butler e Davies, 2011). Consciente deste problema, a União Europeia implementou a Diretiva 2007/60/CE relativa à avaliação e gestão dos riscos de inundações e, recentemente, foi publicado um documento que define a estratégia portuguesa para adaptação às alterações climáticas (Paulino e Santos, 2013). Segundo o IPCC (2013), em Portugal, a frequência de eventos climáticos extremos vai aumentar, especialmente no inverno. Espera-se que chuvadas com períodos de retorno 20 anos tenham frequência entre 15 e 18 anos em todos os cenários climáticos. Por outro lado, a sua intensidade irá aumentar cerca de 10% a 20% no período de inverno. Esta dissertação utiliza o método proposto por Rodríguez et al (2014) e IPCC (2013) para traduzir o impacto das mudanças climáticas em curvas IDF. Com as curvas IDF adaptadas foi utilizado o método dos blocos alternados para gerar as chuvadas de projeto. O efeito das chuvadas é avaliado por um modelo de drenagem dual no SWMM. São utilizadas soluções de drenagem sustentável a fim de atenuar os picos de cheias e consequentes riscos. As metodologias são aplicadas ao estudo do caso da bacia da Zona Central em Coimbra, Portugal. Esta bacia sofreu várias inundações recentemente (por exemplo, 2006/09/06, 25/10/2006, 21/09/2008 e 24/12/2013). A bacia tem uma área total de cerca de 1,5 km2 e é altamente urbanizada. (Simões et al, 2010) Estudaram-se duas soluções de forma resolver o problema das cheias com bacias de retenção. As bacias foram dimensionadas de acordo com os diversos cenários das alterações climáticas e avaliaram-se os seus custos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Planeamento e construção: Dinâmicas de reabilitação urbana na Alta de Coimbra

Palavras-chave: reabilitação urbana,área crítica,programas de reabilitação,Alta de Coimbra,urban rehabiitation,critical area,rehabilitation programs,Upper Coimbra

A reabilitação dos centros históricos das cidades é atualmente um dos aspetos de Planeamento Urbano com maior destaque, quer pela degradação dos edifícios, quer pelo abandono de alguns serviços e comércio tradicional, quer pelos problemas de circulação e estacionamento que desclassificam estes espaços enquanto espaço urbano sustentável. As políticas nacionais e municipais, ao nível do planeamento e da reabilitação urbana têm vindo a consolidar-se no sentido de melhorar a qualidade destes espaços, com o surgimento de vários programas de apoio a iniciativas de reabilitação. A iniciativa privada tem vindo a acompanhar estas novas tendências. No entanto, nem sempre as dinâmicas esperadas ocorrem como se imaginava em determinada zona a reabilitar. Identificar quais as variáveis que irão determinar diferentes ritmos de intensidade de reabilitação, pode constituir um instrumento fundamental na política e nos programas de reabilitação urbana. A área crítica da Alta de Coimbra e a sua envolvente é um dos espaços da cidade com maior peso na sua atividade e na sua história. A zona denominada de Área Crítica de Recuperação e Reconversão Urbanística do Centro Histórico da Cidade de Coimbra, constituirá o estudo de caso desta dissertação. Esta tese tem como finalidade a avaliação da relação entre as características do edificado e dos seus ocupantes na Alta de Coimbra e as obras de reabilitação que têm vindo a ser realizadas. Espera-se assim perceber melhor de que modo os programas de reabilitação poderão ser orientados por zonas de acordo com as suas características

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação comparativa da regulamentação para estruturas offshore (API, ISO, NORSOK, EC3)

Palavras-chave: API,ISO,NORSOK,EC3-1-1,EC3-1-6,estruturas offshore,dimensionamento de elementos tubulares,cascas,estabilidade,ABAQUS,API,ISO,NORSOK,EC3-1-1,EC3-1-6,offshore structures,design of tubular structures,shells,stability,ABAQUS

O objectivo da presente tese é efectuar uma análise comparativa da regulamentação para estruturas offshore, especificamente ao nível do dimensionamento de elementos tubulares circulares em aço. Para tal, serão inicialmente comparadas ao nível da formulação e procedimento de cálculo, normas específicas para estruturas offshore, nomeadamente a API, ISO e NORSOK juntamente com o Eurocódigo 3 que é uma norma que não contém provisões específicas para este tipo de estruturas. Seguidamente, pretende-se aferir a capacidade resistente destes elementos, de forma detalhada através de um estudo paramétrico abrangente, quer para esforços isolados quer para esforços combinados. Neste caso, a atenção será concentrada na ISO e no EC3. Com isto, objectiva-se tirar conclusões do nível da segurança que estes dois conjuntos de normas (normas de estruturas offshore vs normas de construção) apresentam, identificando diferenças ao nível da formulação, procedimentos e resistência de elementos tubulares circulares. Relativamente ao Eurocódigo 3 será feito uso da parte 1-1 e da parte 1-6 (elementos do tipo casca), para que todas as classes de secções possam ser abrangidas, visto esta gama de secções estar habitualmente presente em estruturas desta natureza. Este aspecto será aproveitado para avaliar os resultados obtidos na transição da classe 3 para a classe 4, tratadas por partes e procedimentos de cálculo distintos. O facto de o Eurocódigo não estar desenvolvido para aplicação em estruturas offshore limita a aplicação a algumas situações nomeadamente, a não consideração da pressão hidrostática na parte 1-1. Por fim, será levada a cabo uma análise numérica recorrendo ao método dos elementos finitos (através do software ABAQUS) para aferir o conservadorismo que cada norma (ISO e EC3) tem inerente a si. Para tal serão avaliados isoladamente e em interacção os outros de esforços de compressão e pressão hidrostática.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo de metodologia para a etiquetagem energética de componentes de alvenaria

Palavras-chave: etiquetagem energética,metodologia,propriedades térmicas,tijolos cerâmicos,blocos de betão,energy labelling,methodology,thermal properties,ceramic bricks,concrete blocks

O sector residencial representa cerca de 40% do consumo energético a nível europeu, tornando-se necessária a alteração dos padrões de consumo através de medidas que possibilitem um aumento na eficiência energética. É reconhecido que o desempenho energético dos edifícios não depende apenas dos sistemas instalados (electrodomésticos, iluminação, equipamentos de climatização, entre outros), mas também da sua envolvente (paredes, pavimentos, coberturas, vãos opacos e/ou envidraçados). Neste sentido, e de modo a garantir um elevado desempenho energético e facilitar a escolha de produtos de construção, por parte dos fornecedores de soluções construtivas, projectistas, construtores e utilizadores dos edifícios, entre outros, considera-se pertinente, à semelhança do que já acontece com os electrodomésticos, e que passou a acontecer, recentemente, com as janelas, que sejam definidos critérios para a etiquetagem energética de produtos da construção (Directiva 2010/30/UE). Esta dissertação apresenta assim, como objectivo, o desenvolvimento de uma metodologia que possibilite a etiquetagem energética de componentes de alvenaria, em particular tijolos cerâmicos e blocos de betão. Trata-se de uma metodologia em harmonia com a regulamentação europeia e nacional, baseada na diferenciação do desempenho energético dos produtos e que engloba quatro etapas fundamentais: preparação de dados climáticos, preparação de um edifício de referência, preparação das propriedades térmicas dos materiais e cálculo do desempenho energético para a estação de aquecimento e arrefecimento. Em acréscimo à definição e posterior aplicação da metodologia é também realizada a comparação entre dois métodos de cálculo de desempenho energético, o método sazonal e o método horário.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias