Faculdade de Engenharia
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Browsing Faculdade de Engenharia by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil"
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- Análise do escoamento no canal do Palácio Nacional de Queluz : PortugalPublication . Pires, Andreia Lúcia Santos Garcia; Silva, José MatosO Canal de Queluz, pertencente ao Palácio Nacional de Queluz, corresponde a um trecho do Rio Jamor, afluente do Rio Tejo que desagua já no seu estuário. Este canal constitui um património valioso, assim reconhecido, nacional e internacionalmente. Em particular, o trecho conhecido como Canal de Azulejos, cujas paredes são revestidas por painéis de azulejos policromos, com representação de cenas galantes. Quando as comportas se fechavam, criava-se um espelho de água, associado a animação de exteriores. As comportas foram removidas na sequência da cheia excepcional de 1967, mas o canal mantém praticamente a forma original, que data do século XVIII. O Canal de Queluz tem sido vítima de cheias esporádicas, algumas de dimensão catastrófica. Na sequência de algumas dessas cheias, realizaram-se alguns pareceres, e.g., os estudos efectuados por Hidrotécnica Portuguesa (HP, 1995) e LNEC (Rocha e Fernandes, 2006). Este trabalho dá continuidade à Monografia realizada anteriormente (Pires, 2013), com vista a: a) contribuir para um melhor conhecimento dos problemas hidráulicos que ocorrem no Canal de Queluz, b) aprofundar os estudos efectuados por Hidrotécnica Portuguesa (HP, 1995) e LNEC (Rocha e Fernandes, 2006), colmatando algumas das suas lacunas, c) identificar, diagnosticar e resolver problemas específicos que afectam este trecho. Ele resulta de uma solicitação feita pela Sociedade Parques de Sintra - Monte da Lua (PSML), quem gere este espaço museológico. Para a análise do escoamento e análises de sensibilidade, recorreu-se a HEC-RAS, um programa do USCE (EUA) consagrado pela crítica internacional da especialidade. Para o cálculo dos caudais de ponta de cheia, apresentam-se dois métodos empíricos dos mais conhecidos - Método Racional e Hidrograma de Giandotti. Finalmente, sugerem-se algumas recomendações relativas a este trecho do Rio Jamor.
- Applicability of the Statistical Pattern Recognition Paradigm for Structural Health Monitoring of BridgesPublication . Pereira, João Tiago Martins Neves; Figueiredo, Elói João FariaIn the last decades, health monitoring systems have gained an increasing importance in our society. The main purpose of these systems is to support the engineers to get more insight into the behavior of structures under service conditions, so they can optimize and improve maintenance programs and, hopefully, to avoid structural failures or disasters. It is possible to integrate these systems in any type of civil or mechanical infrastructure. However, in this dissertation, the preferential targets are the civil infrastructures with major strategically importance in the social environment, such as bridges and viaducts. Therefore, the goal of this dissertation is (i) to review the most recent bridge collapses in order to unveil the main causes and challenges posed by those catastrophic events; (ii) to review the concept and need of Structural Health Monitoring (SHM) of bridges as well as its associated potential for significant life-safety and economic benefits; and (iii) to study the applicability of the SHM concepts. Due to recent promising research developments, the SHM process is posed in the context of the Statistical Pattern Recognition (SPR) paradigm, which tries to implement a damage identification strategy based on the comparison of different state conditions. The applicability of the SHM-SPR paradigm is studied by applying its concepts in two separate cases: firstly on data sets from a base-excited three-story frame structure, created and tested in a laboratory environment at Los Alamos National Laboratory; secondly, on data sets from a real-world bridge, namely the Z24 Bridge in Switzerland. The major contributions of this dissertation are the extension of previous results obtained by Figueiredo et al. from the three-story frame structure and the development and application of an algorithm that uses a Gaussian mixture model as a way of improving the feature classification performance under varying operational and environmental conditions.
- Cavalariças do Palacete Ribeiro da Cunha : análise estruturalPublication . Corte, Nuno Miguel Monteiro Bernardo; Appleton, João Augusto da SilvaEsta dissertação insere-se no estudo de um edifício antigo. Resultou de um projeto de 1912 de alteração e ampliação de umas “casas” anexas a um Palacete do séc. XIX, com adoção de materiais inovadores à época, nomeadamente o betão armado, tornando-se um caso pioneiro. A utilização de uma solução mista, cobertura de laje vigada em betão armado, assente em paredes portantes de alvenaria de pedra retrata uma inovação dos finais do século XIX, a utilização de betão armado como elemento estrutural. A combinação da solução típica de elementos de alvenaria nas paredes com a introdução de uma cobertura em betão armado é o início da mudança do método construtivo e constitui uma nova fase na construção em Portugal. É analisada a sua localização, que embora privilegiada, no centro de Lisboa, levanta problemas devido à topografia do terreno, ao risco a eventos sísmicos e ao deslizamento de massa de vertente. O estudo deste caso pretende contribuir para a compreensão dos problemas estruturais que edifícios antigos, anteriores a regulamentos antissísmicos, podem apresentar através da análise do betão armado como elemento estrutural na sua fase pioneira. São apontadas considerações sobre os novos Eurocódigos. Finalmente é abordada a fase de intervenção após a análise da estrutura. São alencadas as exigências no reforço, recuperação e reabilitação da estrutura do edifício, tendo em conta os resultados obtidos na análise estrutural, focando-se a análise gravítica, análise das fundações e a análise sísmica.
- Desempenho teórico e real de vigamentos de madeiraPublication . Baião, Vânia das Dores Charrua; Appleton, Vasco; Appleton, JoãoO presente trabalho tem como principal objetivo avaliar o desempenho teórico e real de vigamentos de madeira em edifícios antigos. Atualmente existe um grande número de edifícios antigos que não cumprem as exigências regulamentadas segundo o Eurocódigo 5 para vigamentos de madeira. No entanto, alguns desses edifícios apresentam um bom desempenho real. Propõe-se, então, com esta dissertação fazer a comparação entre o desempenho teórico e o desempenho real de um determinado pavimento, de forma a perceber quais as variáveis que podem estar presentes nas diferenças encontradas. A avaliação de estruturas de madeira requer conhecimentos específicos do material em causa. A madeira possui características muito próprias, resultado da sua origem natural. Pretende-se assim fazer uma análise dessas características, físicas e mecânicas, bem como os principais fatores que condicionam o seu comportamento. No entanto, o comportamento da madeira poderá ser melhorado, ainda numa fase inicial, através de produtos preservadores, os quais têm como principal objetivo a proteção do elemento. Quando a madeira apresenta um estado de degradação avançado, em que a estabilidade do elemento ou da estrutura esteja comprometida, torna-se necessário proceder à identificação de anomalias e posterior intervenção, utilizando a técnica de consolidação mais adequada. Apesar da madeira possuir inúmeras características que a tornam um ótimo material estrutural, ainda existe uma enorme falta de informação desta, bem como das técnicas de construção tradicionais que permitem uma melhor interpretação das estruturas. Assim, as intervenções de reabilitação em estruturas de madeira nem sempre são as mais adequadas, levando por vezes à demolição de estruturas em bom estado de serviço.
- Dimensionamento de pontes rodoviárias de betão armado e pré-esforçado : análise da regulamentação nacional e europeiaPublication . Nunes, Maria Amélia de Oliveira; Figueiredo, Elói João FariaOs regulamentos portugueses atuais para o dimensionamento de pontes de betão armado e préesforçado - Regulamento de Segurança e Ações para Edifícios e Pontes (RSA) e Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP), serão substituídos, a curto prazo, pelas normas europeias - Eurocódigos. O Eurocódigo 0 (EC0) - Bases de Projecto de Estruturas, Eurocódigo 1 (EC1) - Ações em Estruturas e o Eurocódigo 2 (EC2) - Dimensionamento de Estruturas de Betão Armado, apresentam algumas diferenças particulares em relação à regulamentação nacional em vigor, RSA e REBAP. Assim sendo, o principal objetivo desta dissertação passa por comparar o dimensionamento de pontes rodoviárias em betão armado e pré-esforçado usando as duas regulamentações, analisando a ação das sobrecargas (rodoviárias e passeios) e os modelos de cálculo das armaduras de flexão e de esforço transverso, bem como quantificando os esforços e respectivas armaduras. Assim, e de forma sumária, esta dissertação começa com uma breve introdução ao tema da segurança estrutural, tal como descrito no RSA e EC0, através do posicionamento do método semi-probabilístico – Método dos Coeficientes Parciais, que considera de forma apropriada as incertezas associadas às variáveis que intervêm na caracterização das ações e na resposta estrutural. Posteriormente, são descritos, pormenorizadamente, os modelos de sobrecarga rodoviária em pontes previstos em cada regulamento, RSA e EC1, assim como a sua aplicação. Descreve-se também, de forma sucinta, os modelos de cálculo associados ao dimensionamento da armadura em flexão e esforço transverso segundo o REBAP e o EC2. Em termos de análise estrutural, em primeiro lugar comparam-se e analisam-se os efeitos produzidos pelos modelos de sobrecarga regulamentares através de um breve estudo paramétrico e teórico num tabuleiro simplesmente apoiado. Em segundo lugar, e do ponto de vista numérico, é efectuado um estudo comparativo, usando três tabuleiros correntes de betão em Portugal. Este estudo permitiu quantificar e comparar os esforços nos tabuleiros resultantes da aplicação direta dos modelos acima referidos, bem como as armadura ordinárias e de préesforço.
- Estudo da Bacia Hidrográfica da Lagoa de Óbidos, PortugalPublication . Brito, Miguel Alexandre Maximiano Cardeal de; Silva, José MatosOs rios Real e Arnóia são afluentes da Lagoa de Óbidos, fazendo ambos parte das chamadas Ribeiras do Oeste, Portugal. Estas, como quaisquer outras, em Portugal, têm sido objecto de Planos de Bacia Hidrográfica, os quais visam identificar e prevenir problemas, de âmbito territorial, associados a uma gestão sustentável da água, para uma ou mais bacias hidrográficas. O primeiro Plano de Bacia Hidrográfica das Ribeiras do Oeste foi publicado em 2001, sob iniciativa da então Direcção Regional do Ambiente de Lisboa e Vale do Tejo, antes pois da transposição da Directiva-Quadro da Água para o direito português, concretizada em Dezembro de 2005, pela chamada Lei da Água, e regulamentação consequente. O segundo Plano das Bacias Hidrográficas das Ribeiras do Oeste iniciou-se em 2010, sob iniciativa da ARH-Tejo, estando ainda a decorrer. Este estudo visa aprofundar o trabalho realizado no âmbito dos Planos de Bacia Hidrográficas das Ribeiras do Oeste, no que respeita ao caso particular da Bacia Hidrográfica da Lagoa de Óbidos, mais propriamente, dos rios Real e Arnóia. Não é possível, num plano único para todas as Ribeiras do Oeste, ir ao pormenor, no caso de cada ribeira, em particular. Assim, às administrações e demais agentes locais deparam-se lacunas difíceis de colmatar e a que este trabalho procura responder. Documentam-se linhas directrizes para algumas intervenções a efectuar em secções críticas desta bacia hidrográfica, a título de demonstração. Para além da sua especificidade, este trabalho propõe uma metodologia para casos semelhantes, dentro e fora de Portugal.
- Structural optimization using the finite element methodPublication . Mesquita, João Pedro Pires; Prißler, Timo; Moldovan, Ionut DragosThis work reports on the formulation of the conforming finite element method (FEM) and its application to structural optimization problems. The FEM is nowadays the most widely used technique for obtaining approximate solutions of complex engineering problems that cannot be solved analytically. The conforming finite element formulation can be reached using several approaches. One of the most general strategies is based on the weak-form of the equations governing the problem. However, rather than a pure mathematical approach, it is often more appealing to the structural engineer to reach the finite element formulation through more physically-meaningful strategies, such as the virtual work or the variational principle forms of the problem. All three of these strategies are briefly presented. One of the most important topics in the finite element theory is the quality of the solutions. The most commonly used method to increase the quality of a finite element solution is to increase of the number of elements used in the model (mesh refinement). In this work, two numerical examples are presented to illustrate the convergence of the finite element solutions under mesh refinement. An important application of the FEM and the focus of this work is the structural optimization. The purpose of the structural optimization is to minimize (or maximize) an objective function while respecting certain restrictions. The extremum of a continuous function on a certain interval can either correspond to a point where the gradient is null, or it may lay on the boundary of the interval. Several numerical methods for identifying null gradient points of a function are described in this work. When the extremum of a function lays on the boundary of its interval of definition, an effective minimization method should ensure that the boundaries are searched in such a way that every new iteration yields a result closer to the extremum than the one before. The basic aspects of the constrained minimization methods are briefly presented here and applied to two structural optimization problems, namely the size optimization of a bar subjected to its own weight and the topology optimization of a cantilever plate subjected to a concentrated load applied to its tip. A large scale practical example of structural optimization, consisting of the topological optimization of a wheel carrier of a motorsports car is also presented. The model is constructed using the finite element package MSC.-NASTRAN. The main goal of the optimization is to minimize the structural weight by reducing the amount of material used in order to create a new optimized design. The feasible optimized structure is analyzed and the obtained stresses and displacements are compared with the analysis results of the non-optimized structure.