Dissertações de Mestrado

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As deficiências de várias construções antigas no que diz respeito à sua resistência sísmica, têm levado a inúmeras catástrofes. O trabalho de investigação que se apresenta consistiu na construção de modelos numéricos representativos do comportamento sísmico de uma tipologia de edifícios antigos em alvenaria de pedra vulgarmente designados por “gaioleiros”, de forma a simular resultados experimentais obtidos em ensaios sísmicos de modelos representativos dos edifícios em questão. O principal objectivo do trabalho foi a simulação do comportamento experimental com recurso a modelos numéricos simplificados, baseados na definição prévia da distribuição dos danos na estrutura, e capazes de reproduzir de forma satisfatória o comportamento global deste tipo de edifícios. Numa primeira fase, o modelo físico foi idealizado com recurso a um modelo numérico tridimensional (modelo contínuo) com o qual se realizaram sucessivas análises dinâmicas lineares, com ajuste das propriedades mecânicas nas zonas com dano localizado. De seguida foi construído um modelo numérico plano simplificado, representativo de uma fachada do edificio (modelo de macroelementos) e realizada uma análise estática não linear (pushover) de forma a estimar a curva de capacidade da estrutura do edifício no plano da fachada. Por último foi efectuada a avaliação sísmica do edifício em estudo com base em critérios de desempenho, através da comparação de parâmetros da resposta representativos do desempenho estimado para a estrutura sujeita a vários níveis de intensidade da acção sísmica, com valores limite correspondentes a diferentes níveis de desempenho, a fim de verificar se a estrutura cumpria o objectivo básico de desempenho. Com este estudo concluiu-se que o modelo contínuo tridimensional consegue reproduzir muito razoavelmente o primeiro ensaio experimental, embora, como seria de esperar dado que se trata de um modelo linear, à medida que se avança nos ensaios vão surgindo alguns desfasamentos entre os valores obtidos experimental e numericamente. Quanto ao modelo plano de macroelementos, verificou-se que este conseguiu reproduzir, de forma satisfatória, o comportamento global da estrutura no plano das fachadas, confirmando-se assim o interesse e aplicabilidade este tipo de modelos.

O estudo da composição de argamassas antigas, que implica usualmente a utilização de técnicas de caracterização físico-química, mineralógica e microestrutural, desempenha um papel fundamental para a preservação do património cultural, permitindo obter um conhecimento bastante profundo sobre os seus constituintes e revelando detalhes importantes sobre as técnicas de construção, eventuais reparações e o estado de conservação e desempenho das mesmas. Neste trabalho foram analisadas argamassas provenientes de quatro edifícios religiosos da região do Alentejo, nomeadamente a Sé Catedral de Évora (Séc. XIII-XVII), a Igreja de Nossa Senhora da Assunção em Elvas (Séc. XVI), a Igreja Matriz de Mértola (Séc. XII) e o Conjunto Monumental de Amieira do Tejo (Séc. XIV-XVI). A metodologia de caracterização empregue recorreu a diversas técnicas, nomeadamente difracção de raios X (DRX), análise termogravimétrica (ATG), microscopia óptica (MO), microscopia electrónica de varrimento acoplada a espectroscopia de raios X por dispersão de energias (MEV-EDS), espectrofotometria de absorção atómica (EAA), potenciometria, gravimetria, sorção de água por capilaridade, resistência mecânica, porosimetria de mercúrio e a adsorção de azoto a – 196 ºC. A aplicação da metodologia proposta permitiu determinar a composição e o estado de conservação das diversas argamassas, tendo-se constatado que nas argamassas da Sé Catedral de Évora e da antiga Sé de Elvas foram utilizados dois tipos de ligantes aéreos, cal calcítica e cal dolomítica, sendo o primeiro tipo o predominante. Nos casos de estudo da Igreja Matriz de Mértola e do Conjunto Monumental de Amieira do Tejo, as argamassas apresentam um ligante essencialmente calcítico. Verificou-se que os agregados utilizados são correlacionáveis com a litologia local de cada caso de estudo. As argamassas apresentam diferentes proporções de agregado, e nos casos de estudo da Sé Catedral de Évora, antiga Sé de Elvas e Igreja Matriz de Mértola foram utilizados fragmentos cerâmicos como aditivos.

Esta dissertação aborda o problema da absorção activa de ondas hidráulicas reflectidas em canal. Para resolver problemas de engenharia costeira é comum os laboratórios de hidráulica marítima recorrerem a ensaios experimentais em modelos físicos. Um dos problemas associados à modelação física de ondas hidráulicas em canal é a presença de ondas re-refletidas. Na natureza o mar constitui uma fronteira aberta que dissipa as ondas reflectidas pela costa, em canal essas ondas reflectidas podem gerar ondas rereflectidas quando incidem na pá do gerador de ondas e se propagam novamente para as estruturas em ensaio. O problema da re-reflexão pode ser mitigado recorrendo à absorção activa, isto é, utilizando em simultâneo o gerador para gerar a onda pretendida e uma onda que cancela a onda re-reflectida. Neste sentido, são estudados e implementados modelos de absorção activa de ondas, utilizando o projecto de filtros digitais não-recursivos. Os filtros processam os sinais provenientes de duas sondas de condutância e sintetizam um sinal que, adicionado ao sinal de referência para o gerador, dá origem ao cancelamento das ondas re-reflectidas. Parte importante do trabalho foi a implementação de um método de absorção activa de ondas, o que requereu a remodelação de uma instalação existente. Para este efeito foi instalado um sistema de geração de ondas hidráulicas com accionamento por motor síncrono de magnetos permanentes controlado em posição, bem como um sistema de aquisição de sinal com capacidade de controlo em tempo real. Foi necessária uma cuidada modelação e identificação da instalação bem como uma adequação do método à dinâmica do actuador e às características específicas do Canal. Entre outras contribuições acham-se o pré-processamento dos sinais de comando, correcções adicionais nos filtros FIR e o desenvolvimento de um simulador para testes preliminares do sistema de controlo. Os resultados indicam que, com uma boa calibração e um controlo adequado, é possível com este método implementado absorver ondas rerefletidas em cerca de 70%.

A presente dissertação visa compreender a influência dos revestimentos por pintura na secagem de materiais de construção porosos, tendo focado a nível experimental o caso dos substratos constituídos por uma argamassa de cal aérea. Aborda-se, em particular, o caso dos edifícios antigos e, mais especificamente, a situação das paredes com teor de humidade não desprezável que é muito corrente neste tipo de edifícios. O levantamento do estado-da-arte incide sobre as características dos materiais porosos, em particular as argamassas de cal aérea, e de diferentes tipos de revestimentos por pintura indicados para este tipo de utilização. Foca também os mecanismos de transporte de humidade envolvidos nos processos de secagem. Efectuou-se uma pesquisa de mercado e um inquérito ao meio técnico com o objectivo de perceber quais os revestimentos por pintura usados em intervenções de reabilitação / conservação e, assim, avaliar a situação da prática em Portugal. A campanha experimental a seguir realizada incluiu ensaios de permeabilidade ao vapor de água, de absorção capilar e de secagem e incidiu sobre dezasseis revestimentos por pintura disponíveis no mercado português. Treze destes revestimentos são tintas de silicatos, de silicone ou de pliolite que os respectivos fornecedores indicaram serem apropriadas para aplicação em paredes com problemas de humidade. Ensaiaram-se ainda duas tintas de cal de fabrico industrial e uma “tinta plástica” que serviu como referência. A dissertação permitiu obter dados sobre o estado-da-prática em Portugal, em particular no que se refere aos tipos de tintas usados em paredes de edifícios antigos com teor de humidade não desprezável. Permitiu também retirar conclusões sobre: (i) a influência dos revestimentos por pintura na secagem, na absorção de água por capilaridade e na permeabilidade ao vapor de água; (ii) a influência que o estado de humidificação do suporte pode ter no comportamento dos revestimentos; (iii) a correlação existente entre o comportamento à secagem (índice de secagem) e a permeabilidade ao vapor de água, que é a característica correntemente utilizada para prever o desempenho dos revestimentos.

Uma campanha experimental de ensaio de ligações estruturais em madeira foi conduzida no Núcleo de Estruturas de Madeira do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, para se avaliar o seu comportamento em rotação. Esta campanha incluiu doze situações de ensaio diferentes, englobando as configurações mais vulgares da ligação entre a perna e a linha observadas nas asnas tradicionais de suporte de coberturas em Portugal. O comportamento mecânico das ligações (resistência, rigidez, ductilidade estática e modo de rotura) foi analisado em função da sua geometria (profundidade do entalhe e presença de respiga e mecha), presença de ligadores metálicos (esquadros ou braçadeira), teor em água e degradação biológica da madeira. Os resultados experimentais mostram que algumas configurações apresentam rigidez e resistência, em rotação, suficientes para ser consideradas na avaliação das estruturas a que pertencem, desenvolvendo a abordagem comum de as idealizar como rotuladas. O desempenho destas ligações é diferente conforme o sentido da rotação (abrir ou fechar o ângulo) e cada configuração mobiliza mecanismos resistentes específicos, que regem o comportamento exibido por cada tipologia. O esforço axial de compressão da perna, para além de essencial para garantir a integridade de algumas das ligações (em particular na ausência de ligadores metálicos), também influência amplamente o seu desempenho. Este aspecto exigiu uma configuração experimental complexa e o desenvolvimento de equipamento específico para simultaneamente comprimir e aplicar as rotações na perna.

O zooplâncton, composto maioritariamente por copépodes em diferentes estágios de desenvolvimento, é uma das principais comunidades biológicas da teia trófica estuarina. Esta comunidade é responsável pela transferência de nutrientes e de energia para níveis tróficos superiores, sendo o principal alimento para larvas de peixes, e pode também desempenhar um papel relevante no controlo de blooms de algas. Assim, a compreensão dos factores que afectam a dinâmica do zooplâncton nos estuários é de especial importância, constituindo os modelos numéricos, devidamente validados com dados, ferramentas úteis no estudo desta dinâmica. No presente estudo desenvolveu-se um novo modelo para simular a dinâmica ecológica da Ria de Aveiro. Este modelo tridimensional, ECO-SELFE, resulta do acoplamento de um modelo hidrodinâmico de malhas não-estruturadas, SELFE, e da extensão do modelo ecológico EcoSim 2.0 para simular a dinâmica do zooplâncton. O modelo acoplado, de aplicação genérica a qualquer sistema estuarino e costeiro, permite a simulação de várias variáveis ecológicas (zooplâncton, fitoplâncton, bacterioplâncton, matéria orgânica dissolvida e particulada, nutrientes inorgânicos e carbono inorgânico dissolvido), considerando os ciclos do carbono, do azoto, do fósforo, da sílica e do ferro. A formulação adoptada para a simulação da dinâmica do zooplâncton baseia-se em resultados de trabalhos de investigação realizados na Ria de Aveiro. Os testes sintéticos realizados preliminarmente evidenciaram o bom desempenho do modelo acoplado em termos de conservação de massa e permitiram reproduzir de forma adequada a dinâmica zooplânctonfitoplâncton num sistema fechado. Dado que uma das principais dificuldades na aplicação de modelos ecológicos complexos a sistemas reais consiste no elevado número de parâmetros de entrada, realizou-se uma análise de sensibilidade à influência destes parâmetros nos resultados finais do modelo. Esta análise evidenciou que os parâmetros relativos ao crescimento do fitoplâncton dependente da temperatura, à ingestão de alimento pelo zooplâncton e às taxas de mortalidade e de excreção do zooplâncton são dos que mais influenciam os resultados do modelo. A aplicação do modelo à Ria de Aveiro, considerando um total de 23 traçadores ecológicos, revelou que o modelo representa de forma razoável a dinâmica ecológica ao longo da Ria durante os períodos simulados (Outono de 2000 e Primavera de 2001), para além de reproduzir adequadamente a hidrodinâmica e o transporte de escalares neste sistema. Uma análise preliminar da dinâmica deste ecossistema sugere a importância da especificação adequada das condições de fronteira e das parametrizações dos processos nas simulações ecológicas, evidenciando também a complexidade associada à sua dinâmica.

As infra-estruturas de transporte apresentam-se como vectores essenciais para o desenvolvimento económico, social, ambiental e cultural das sociedades contemporâneas. A construção destas infra-estruturas pressupõe avultados investimentos financeiros, aos quais têm que se somar os custos de exploração e manutenção ao longo do período de “vida” da infra-estrutura. Devido à sua importância estratégica, estas terão que apresentar um nível de serviço consentâneo com as exigências próprias de uma globalização incontornável (trocas comerciais, turismo, intercâmbio cultural), o que obriga ao desenvolvimento de um plano que defina as medidas de manutenção e/ou reabilitação a serem adoptadas no futuro, uma vez que existem diversos factores que impedem a contínua construção de novas infraestruturas. Assim, verifica-se que o reforço dos pavimentos aeroportuários é uma questão de enorme relevância, uma vez que as administrações responsáveis pela operacionalidade dos aeroportos têm que criar todas as condições para satisfazer a procura das diversas companhias aéreas e, ao mesmo tempo, têm que possuir os instrumentos adequados no sentido de decidirem quais as acções a realizar no âmbito da gestão dos pavimentos, nomeadamente nas questões que estão associadas às características estruturais e funcionais que estes devem oferecer para a operação das aeronaves em termos de conforto e segurança Para efectuar a modelação do comportamento estrutural dos pavimentos, com vista à determinação dos estados de tensão e deformação induzidos pelo tráfego, recorre-se de um modo geral, à utilização de modelos “multi-camadas”, nos quais estes são idealizados como um conjunto de camadas horizontais, contínuas, homogéneas, isotrópicas e elásticas, e que estão assentes sobre um meio semi-infinito. Deste modo,é possível recorrer a programas de cálculo automático relativamente fáceis de utilizar, que estão disponíveis no mercado, tais como, o ELSYM 5, desenvolvido na Universidade de Berkely ou o BISAR, desenvolvido pela Shell. No entanto, os modelos anteriormente descritos não permitem ter em conta as descontinuidades existentes nos pavimentos rígidos, nomeadamente os pavimentos constituídos por lajes de betão simples com juntas. É então necessário recorrer a outros tipos de modelos, como, por exemplo, os modelos de laje em apoio elástico (modelo de Westergaard), nos quais o conjunto de camadas subjacente às lajes de betão é idealizado, de forma muito simplificada, como um conjunto de “molas”. No caso em que é aplicada uma camada de reforço contínua sobre o pavimento rígido, este modelo já não permite verificar o estado de tensão induzido na camada de reforço na zona das juntas. Devido à situação anteriormente descrita, quando se pretende estudar o reforço de pavimentos rígidos existe a necessidade de serem utilizados métodos mais versáteis, que permitam analisar situações que não estão contempladas nos modelos mais simples. Para tal, podem-se utilizar métodos numéricos avançados, como, por exemplo, o método dos elementos finitos, o métodos das diferenças finitas ou o método dos elementos fronteira, que devido às suas características terão grande sucesso na análise estrutural de pavimentos rígidos reforçados. Neste estudo apresenta-se a aplicação do método das diferenças finitas para a análise estrutural de um pavimento aeroportuário do tipo rígido, que foi reforçado através da execução de um reforço em misturas betuminosas. Dos trabalhos desenvolvidos neste estudo, pode-se concluir que a verificação do dimensionamento de pavimentos rígidos reforçados com camadas betuminosas, deve ser efectuada para dois tipos de critérios de fadiga: ? limitação das tensões de tracção na base das lajes de betão; ? limitação das extensões de tracção na base das camadas betuminosas quando as cargas actuam nas zonas próximas das juntas.

O Simulador de Cenários Sísmicos, LNECloss, é uma ferramenta computacional que permite avaliar perdas em consequência de um cenário sísmico especificado [LESSLOSS, 2007]. Esta ferramenta automática compreende vários módulos, como sejam, a modelação da acção sísmica no substrato rochoso e à superfície, a avaliação dos danos no edificado e a avaliação das perdas económicas e humanas. O Simulador foi integrado como aplicação externa num Sistema de Informação Geográfica (SIG) [Sousa, 2006]. Foram identificadas algumas necessidades de desenvolvimento no Simulador, que compreendem, por um lado, o alargamento do seu domínio geográfico para além do território de Portugal Continental, nomeadamente para o Arquipélago dos Açores, que possui uma taxa de ocorrência de sismos muito elevada e, por outro, a sua disponibilização através da Web, com um carácter autónomo, ou seja, que não necessite de alguma plataforma de informação geográfica tendo no entanto as suas capacidades no que respeita ao mapeamento e à síntese gráfica e tabular dos efeitos de um cenário sísmico. De entre as características deste simulador WebSIG, saliente-se uma interface gráfica de fácil operação, permitindo a sua utilização por agentes da protecção civil, no que respeita ao planeamento e à gestão da emergência na eventualidade de ocorrência de um sismo.

O presente trabalho constitui, em primeiro lugar, uma reflexão sobre as barragens de enrocamento com cortina interior de betão betuminoso e procura contribuir para a compreensão e divulgação deste tipo de solução de estanquidade, com vista à sua utilização, pela primeira vez, em Portugal. Apresenta-se, inicialmente, um breve historial sobre as barragens deste tipo construídas até à data e sobre o seu aparecimento, na década de 40, identificando-se alguns aspectos particulares que justificam a sua utilização. Em sequência, tratam-se as especificidades das cortinas interiores de betão betuminoso, nomeadamente: i) posicionamento e características geométricas; ii) composição, propriedades índices e características mecânicas e hidráulicas; iii) técnicas de construção, especificações construtivas e controlo de qualidade. Referem-se, também, aspectos relacionados com a observação e com o seu desempenho estrutural. Em seguida, desenvolve-se a componente prática do trabalho que consiste, por um lado, na aplicação dos conhecimentos adquiridos na concepção estrutural da solução de enrocamento com cortina interior de betão betuminoso da barragem do rio Torno e, por outro, no desenvolvimento, a nível de Anteprojecto, dos estudos de dimensionamento desta solução e na familiarização com programas de cálculo automático afins. Da informação compilada e dos estudos efectuados, pode concluir-se que as soluções de enrocamento com cortina interior de betão betuminoso são soluções adequadas do ponto de vista técnico e com excelentes resultados de desempenho estrutural, podendo constituir-se como soluções de barragem alternativas. Embora existam poucos dados económicos, afiguram-se mais competitivas para situações em que não existam materiais finos disponíveis para materialização de um núcleo tradicional.