RESISTÊNCIA AO FOGO DAS ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

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RESISTÊNCIA AO FOGO DAS ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

Orientador: Prof. Júlio Appleton

Sumário e Objectivos

As estruturas de betão armado apresentam para as condições correntes uma resistência ao fogo adequada em resultado da aplicação dos outros critérios da verificação da segurança.

Existem porém situações de elevado requisito de resistência ao fogo que podem ser condicionantes do dimensionamento das estruturas de betão, requerendo pois um tratamento específico dos efeitos desta acção quer em termos da resposta global da estrutura quer em termos do dimensionamento local.

Por outro lado a ocorrência de incêndios afectando as estruturas requer a avaliação dos efeitos da acção do fogo e a realização de trabalhos de reparação e reforço necessários.

Plano de trabalho

O trabalho tem como objectivo analisar e aplicar o Eurocódigo 1992-1.2 “Projecto de Estruturas de Betão – Verificação da Resistência ao Fogo” a um problema concreto de um edifício.

Para além dessa aplicação deverá ser feita uma análise de síntese e pesquisa bibliográfica que permita interpretar e explicar as prescrições do Eurocódigo.

O exemplo de aplicação envolve o tratamento da acção do fogo por métodos directos do dimensionamento e por métodos indirectos (medidas prescritivas simplificadas).

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REFORÇO SÍSMICO DE PONTES

Até 1967 não estava explicíto na regulamentação a metodologia a adoptar no dimensionamento das estruturas de pontes para a acção sísmica.

Verifica-se assim que um número significativo de obras anteriores (e mesmo posteriores) a essa data requerem uma intervenção para as dotar da capacidade adequada para resistir a acções dos sismos. Também a concepção sísmica evolui desde as partes fixadas a um encontro rígido para estruturas mais flexíveis e dúcteis e actualmente para estruturas com isolamento de base ou com dispositivos de controlo sísmico.

O trabalho tem como objectivo analisar a metodologia de dimensionamento para a acção sísmica do Eurocódigo 1998-2 com particular aplicação no dimensionamento e avaliação da segurança de algumas pontes resistentes.

Deverá ainda ser feita uma descrição das várias metodologias de reforço de pontes e exemplificada uma solução para um caso concreto.

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DIMENSIONAMENTO PARA A ACÇÃO SÍSMICA DO EC8

Com a entrada em vigor dos Eurocódigos as estruturas de betão armado deverão satisfazer simultaneamente os requisitos da EN1992 e da EN1998.

Ao contrário da regulamentação portuguesa que num único documento apresenta todas os requisitos de dimensionamento e pormenorização, os Eurocódigos tratam a acção sísmica em documento separado, sendo no entanto importante sobrepor tais requisitos.

O trabalho tem como objectivo analisar as prescrições do EN1998 aplicados a estruturas de edifícios de betão armado, sintetisando os respectivos fundamentos.

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REFORÇO SÍSMICO DE EDIFÍCIOS

Verifica-se que um número significativo de edifícios com estruturas de betão armado requerem uma intervenção para as dotar da capacidade adequada para resistir a acções dos sismos.

O trabalho tem como objectivo analisar a metodologia de dimensionamento para a acção sísmica do Eurocódigo 1998-3 com particular aplicação no dimensionamento e avaliação da segurança de edifícios existentes.

Deverá ainda ser feita uma descrição das várias metodologias de reforço de edifícios e exemplificada uma solução para um caso concreto.

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UTILIZAÇÃO DE BETÕES LEVES EM ESTRUTURAS – ASPECTOS PARTICULARES

Orientador: Prof. Sérgio Cruz

Este tema contempla o estudo e aquisição de conhecimentos na área da aplicação dos betões leves Sumário e Objectivos

O betão leve é um material que actualmente se apresenta com características mecânicas importantes para o desenvolvimento de soluções estruturais em diversos tipos de obras. Este facto conduz a que os conhecimentos associados ao estudo das aplicações deste material sejam importantes para a formação dos engenheiros de estruturas.

Tomando como exemplo o domínio das estruturas de edifícios e das pontes, a aplicação deste material já conta com um número significativo de realizações que evidenciam as vantagens inerentes à sua utilização. Deste modo o presente tema terá como um dos objectivos o levantamento de diversas realizações e a discussão da aplicação e dos critérios de dimensionamento utilizados.

• Pesquisa e análise da informação publicada sobre o tema • Escolha dos tipos de estrutura e aplicações a analisar • Análise dos critérios de dimensionamento utilizados • Reflexão e conclusões

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EDIFÍCIOS ALTOS

Este tema contempla o estudo e aquisição de conhecimentos na área dos edifícios altos Sumário e Objectivos

Os edifícios altos apresentam propostas de urbanismo modernas que, nos últimos anos, têm conduzido a um número crescente de realizações bem sucedidas em todos os domínios da exigência e conformidade pretendidas. Como não podia deixar de ser, a engenharia de estruturas tem acompanhado a evolução deste tipo de estrutura com sucesso, integrando todas as novas tecnologias emergentes. O presente trabalho aborda as questões particulares associadas aos edifícios altos nos aspectos que se predem com a sensibilidade destes às diversas acções. Deste modo, as acções gravíticas e as acções devidas ao vento e aos sismos serão analisadas face à resposta particular destes sistemas estruturais. Um dos pontos importantes deste trabalhos será a pesquisa e análise de informação publicada sobre este tema.

Salienta-se que existem actualmente sistemas de controlo estrutural dinâmico activo e/ou passivo que têm sido aplicados com sucesso a este tipo de estruturas. Assim, este aspecto será contemplado na pesquisa associada à realização do presente trabalho. Outro aspecto importante a abordar, prende-se com os critérios de dimensionamento e concepção deste tipo de estrutura que, em diversas situações, conduz à realização de elementos adicionais de rigidificação em altura como é o exemplo das treliças exteriores ao edifício.

• Pesquisa e análise da informação publicada sobre o tema • Pesquisa sobre a motivação e justificação para os edifícios altos • Escolha dos exemplos entre as realizações pesquisadas para analisar

• Análise dos aspectos particulares do comportamento estrutural dos exemplos escolhidos de acordo com critérios adequados

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ESTRUTURAS COM BETÃO DE MUITO ALTA RESISTÊNCIA

Este tema contempla o estudo e aquisição de conhecimentos na área da aplicação dos betões de muito alta resistência

Os betões de muito alta resistência apresentam particularidades de comportamento mecânico e químico que abrem algumas possibilidade interessantes de aplicação a diversas estruturas. Este estudo será iniciado por uma pesquisa e análise de informação publicada sobre o tema, sendo continuado com a pesquisa da informação sobre as realizações e sobre os critérios de análise e dimensionamento.

• Pesquisa e análise da informação publicada sobre o tema

• Análise dos elementos sobre critérios de análise e dimensionamento • Escolha dos exemplos entre as realizações pesquisadas para analisar

• Análise dos aspectos particulares do comportamento estrutural dos exemplos escolhidos de acordo com critérios adequados

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ANÁLISE DOS EFEITOS DE 2ª ORDEM EM ESTRUTURAS MISTAS PILAR-PAREDE DE EDIFÍCIOS DE ACORDO COM O EC2

Orientador: Prof. António Costa

Sumário

O Eurocódigo 2 na Parte 1.1 – Regras gerais e regras para edifícios introduz novas metodologias para verificação da segurança de elementos sujeitos a esforços de compressão considerando os efeitos de 2ª ordem.

O documento define um método geral e dois métodos simplificados. O método geral baseia-se numa análise física e geometricamente não linear. Os métodos simplificados baseiam-se na consideração de uma rigidez nominal ou na consideração de uma curvatura nominal.

Relativamente aos efeitos globais de 2ª ordem o documento define o critério que torna dispensável a consideração destes efeitos. Nos casos em que os efeitos globais de 2ª ordem não são desprezáveis é indicada em anexo uma metodologia simplificada para avaliar tais efeitos.

Objectivos

O trabalho tem por objectivo analisar as metodologias simplificadas propostas no EC2 para dimensionar estruturas de edifícios considerando os efeitos de 2ª ordem e aplicar essas metodologias a estruturas mistas pórtico-parede avaliando os resultados obtidos.

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DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE BETÃO SOB A ACÇÃO DE CARBONATAÇÃO – APLICAÇÃO DO “MODEL CODE FOR SERVICE LIFE DESIGN” –

Sumário

Em 2006 foi publicado pela fib o Model Code for Service Life Design que enquadra a concepção e dimensionamento das estruturas de betão relativamente à durabilidade. Trata-se de um documento que traduz o elevado desenvolvimento do conhecimento nesta matéria ocorrido nos últimos anos, nomeadamente no que se refere à avaliação da durabilidade relativamente à corrosão das armaduras. Refira-se que a nova norma NP EN206 adopta, nesta matéria, uma metodologia idêntica à do Model Code. Essa metodologia é enquadrada pela Especificação LNEC E465.

Objectivos

O trabalho tem por objectivo analisar a metodologia indicada no documento da fib relativamente ao dimensionamento das estruturas de betão considerando a acção da carbonatação do betão e efectuar a comparação dessa metodologia com a que é indicada na Especificação LNEC E465. Pretende-se efectuar uma aplicação dessas metodologias a estruturas expostas às diversas condições ambientais associadas à corrosão por acção da carbonatação.

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MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS PARA PREVENÇÃO DA DETERIORAÇÃO E REPARAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO

Sumário

A intervenção em obras existentes sob o ponto de vista da sua reabilitação tem tido um crescimento acentuado nos últimos anos. Este facto deve-se, por um lado, ao envelhecimento do parque de construções existentes ao qual está associada a deterioração dos materiais e, por outro, a uma filosofia de intervenção que previligia a reabilitação em vez da substituição das estruturas por questões ambientais, poupança de recursos e desenvolvimento sustentado.

Entre as várias técnicas de reparação de estruturas de betão as que se baseiam em métodos electroquímicos apresentam diversas vantagens entre as quais a minimização das intervenções associadas ao processo de demolição e substituição de betão contaminado por agentes agressivos. Duas das técnicas consistem na realcalinização do betão para fazer face à corrosão por acção da carbonatação e na dessalinização do betão para fazer face à corrosão por acção dos cloretos.

Objectivos

O trabalho pretende caracterizar e analisar os novos desenvolvimentos nas técnicas de realcalinização e dessalinização do betão e avaliar a aplicação destas técnicas em Portugal.

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PRÉ-FABRICAÇÃO NO PROJECTO DE EDIFÍCIOS

Orientador: Prof. José Camara

A pré-fabricação de elementos de betão estrutural, realizados em ambientes de fábrica, e portanto, com maior controlo de qualidade, e continuidade estrutural dada em obra através de betonagens “in situ”, mais ou menos localizadas nas zonas de ligações, deverá ter um incremento importante na indústria de construção nos próximos anos, para vários tipos de tipologia de edifícios.

Neste trabalho propõe-se fazer uma sistematização dos tipos de ligações que têm sido aplicados na construção ou propostos a nível de investigação para a construção de edifícios. Pretende-se fazer essa avaliação para todo o tipo de elementos estruturais desde as fundações às lajes analisando-se os aspectos relevantes dos critérios de dimensionamento.

Finalmente um trabalho prático para uma estrutura porticada pequena deverá ser desenvolvido mostrando a mais valia de uma boa solução com pré-fabricação, que deverá ser comparada com um caso totalmente executado com betonagem “in situ”.

Plano de Trabalho

Para atingir os objectivos propõe-se o seguinte faseamento:

• Pesquisa bibliográfica e planeamento dos tipos de ligação (2 meses)

• Avaliação sumária dos modelos de dimensionamento específicos às ligações (1 mês) • Dimensionamento de 2 estruturas simples com e sem pré-fabricação (2 meses) • Escrita do trabalho (1 mês)

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APLICAÇÃO DE MODELOS DE ESCORAS E TIRANTES A CASOS CONCRETOS DE UM PROJECTO DE UM EDIFÍCIO

A partir de exemplos retirados de um projecto recentemente desenvolvido para o Museu Tecnológico da Madeira com uma estrutura tridimensional com paredes estruturais propõe-se analisar zonas particulares das paredes comparando os modelos de dimensionamneto com base em resultados de elementos finitos lineares com os resultantes da aplicação de modelos de escoras e tirantes.

Trata-se da análise, com base num caso concreto, de uma dificuldade prática de dimensionamento estrutural e pormenorização de betão armado que os projectistas sentem na execução do projecto deste tipo de estruturas.

O trabalho passa por uma avaliação da bibliografia sobre o tema e pela aplicação a alguns casos depois de bem caracterizadas as acções nas fronteiras.

• Aprendizagem sobre a técnica dos modelos de escoras e tirantes e pesquisa bibliográfica (2.5 meses)

• Avaliação do projecto da estrutura do Museu e análise dos resultados de elementos finitos obtidos (1 mês)

• Escolha de duas zonas a modelar com modelos de escoras e tirantes, definição da sua geometria e cálculo das forças de fronteira (1 mês)

• Desenvolvimento do modelo e pormenorização das zonas (1.5 meses) • Escrita do trabalho (1 mês)

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CONTROLO DE FENDILHAÇÃO PARA DEFORMAÇÕES IMPOSTAS EM DEPÓSITOS

O controlo da fendilhação em depósitos especialmente devido a efeitos em que a fenda é transversal a toda a secção é um aspecto decisivo da funcionalidade e da qualidade do comportamento estrutural. As deformações impostas devidas à retracção do betão ou a variações de temperatura são, em geral, a causa decisiva de situações de mau comportamento. As novas indicações regulamentares sobre esta matéria nos eurocódigos precisam de ser avaliadas.

Propõe-se neste trabalho fazer alguma pesquisa bibliográfica e clarificar os critérios de dimensionamento, para, finalmente, fazer a sua aplicação a diferentes tipos de depósitos usualmente utilizados em estações de tratamento de águas, ETAS e ETARES.

Desta forma poder-se-à dar alguma contribuição, perante a grande dificuldade actual, na avaliação de uma forma segura das quantidades de armadura a utilizar que têm um peso no preço da obra estrutural de forma nenhuma desprezável.

• Análise e descrição da problemática com pesquisa bibliográfica avaliando a consideração ou não de sobreposição dos efeitos (2 meses)

• Análise comparativa para uma parede simples das recomendações regulamentares actuais (1 mês)

• Dimensionamento e pormenorização de 2 tanques tipo (2 meses) • Escrita do relatório final (1 mês)

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ZONAS DE DESCONTINUIDADE DE BETÃO ESTRUTURAL CAMPOS DE TENSÕES TRIDIMENSIONAIS

Orientador: Prof. João Almeida

Os modelos de dimensionamento baseados em campos de tensões são hoje amplamente reconhecidos para a análise, verificação da segurança e pormenorização de zonas de descontinuidade em elementos de betão estrutural. Em muitos casos práticos verifica-se a ocorrência de zonas de descontinuidade tridimensionais, situação para a qual se colocam diversas questões, no âmbito da generalização das técnicas de modelação e dos critérios estabelecidos para os casos planos. O estudo de modelos em três dimensões, verificação da segurança e critérios de rotura para nós 3D, é pela primeira vez abordado por Nguyen em 2002.

Neste trabalho, propõe-se iniciar o desenvolvimento e implementação do estudo de campos de tensões tridimensionais, assim como analisar os procedimentos para a generalização dos critérios de verificação da segurança dos nós, visando, em particular, a sua aplicação ao caso dos maciços de encabeçamento de estacas.

Para atingir os objectivos anteriormente referidos, propõe-se a realização do trabalho de acordo com o seguinte faseamento:

Pesquisa bibliográfica (1 mês).

Definição da geometria dos nós tridimensionais correntes, nomeadamente nós CCC3D, CCT3D e CTT3D, e respectivos campos de tensões (2 meses).

Critérios para a verificação da segurança dos nós e aplicação ao caso dos maciços de encabeçamento de estacas (2 meses).

Redacção da tese (1 mês). Bibliografia

fib Bulletin 16 (2002): Design Examples for the FIP Recommendations "Practical design of structural concrete". fib, Lausanne. January 2002

Nguyen, D,T, (2002): “Räumliche Stabwekmodelle zur Bemessung von Betontragwerken”. Diss. Institut fur Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Stuttgart, Germany, 2002.

Schlaich, J.; Schäfer, K; Jennewein, M. (1987): Toward a consistent design for structural concrete. PCI-Journ. V.32 (1987), No.3, 75-150

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APLICAÇÃO DE MODELOS NÃO LINEARES AO ESTUDO DE ESTADOS PLANOS DE TENSÃO EM ELEMENTOS DE BETÃO ESTRUTURAL

Propõe-se neste trabalho a aplicação de modelos de elementos finitos fisicamente não lineares ao estudo de elementos de betão estrutural submetidos a estados planos de tensão. Pretende-se, em particular, analisar o comportamento e os modelos para a verificação da segurança de regiões com descontinuidades geométricas ou relacionadas com a aplicação de cargas concentradas, designadas na generalidade por zonas de descontinuidade (D). Os resultados destes estudos serão comparados com os obtidos a partir da utilização de modelos baseados em campos de tensões e com os verificados experimentalmente.

200 400 600 800 1000 1200 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 P [kN] sm ε [% ]0

Bottom Steel Strain Load vs Test Refined SFM P/2=150 kN P/2=150 kN P/2=150 kN P/2=150 kN 37.2 9.3 8.2 -6.7 -14.8 -20 -13.7 -154.6 -157.1 -159.8 -157.6 -153.8 -1 50.7 -1 54 .6 -1 57.1 -1 59.8 -1 57.6 -1 53.8 -1 50.7 P/2=550 kN P/2=550 kN P/2=550 kN P/2=550 kN -5 59 .4 -5 71 .5 -579.2 101.8 21.2 16.7 15.2 9.8 -181.5 16.4 -5 63.6 -5 59.4 -567 .5 -571.5 -574.2 -5 79.2 -563.6 -5 67 .5 -574.2 1.28 1. 60 0.16 1.28 0.16 1.44 Ø8 (As=2140 mm )2 0. 025 Ø5 Ø5 0. 03 Ø5 0.100 p Plano de Trabalho

Introdução ao modelo de análise não linear e selecção dos exemplos a analisar (1 mês). Análise de resultados e comparação com resultados experimentais (3 meses)

Redacção da dissertação (1 mês). Bibliografia

Programa.ATENA - Computer Program for Nonlinear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Structures – Program Documentation – Cervenka Consulting

Muttoni, A.; Schwartz, J.; Thürlimann, B. (1996): Design of concrete structures with stress fields. Birkhäuser, Basel, 1996

Almeida, J., Lourenço, M. (2005): Stress Field Models for Structural Concrete, fib Symposium “Keep Concrete Attractive”, Vol. 1, pp 525-531, Budapest, 2005.

Lourenço, M. Almeida, J., Nunes, N. (2006): Nonlinear Behaviour of Concrete Discontinuity Regions, Naples fib Congress, Naples, 2005.

Leonhardt F. and Walther R. (1966): “Wandartiger Träger”, DAfStb Heft 178, Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin

Rückert, K. (1991): Design and analysis with strut-and-tie models - computer-aided methods. IABSE Rep. V.62 (1991 a), 379-384

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PAVIMENTOS DE BETÃO APOIADOS NO SOLO Aplicação de Soluções Pós-Tensionadas

A utilização de soluções pós-tensionadas em pavimentos de betão apoiados no solo apresenta, em princípio, vantagens, em relação às soluções tradicionais de betão armado: lajes menos espessas e uma construção com maior qualidade, na generalidade relacionada com a ausência de juntas e melhor controlo da fendilhação. Estas soluções, extensamente utilizadas na Austrália e Estados Unidos, nomeadamente em aplicações industriais, são ainda pouco divulgadas na Europa.

Pretende-se com este trabalho:

• Pesquisa e estudo de documentos técnicos e normativos referentes a pavimentos de betão apoiados no solo. Coligir elementos referentes à aplicação de soluções pós-tensionadas.

• Analisar os critérios de dimensionamento do pré-esforço a adoptar.

• Efectuar um estudo comparativo da aplicação deste tipo de soluções em relação às tradicionalmente adoptadas.

Estudo comparativo de soluções de pavimentos de betão apoiados no solo(2.5 meses). Análise de resultados (1.5 meses)

Redacção da dissertação (1 mês). Bibliografia

Post-tensioning in buildings, fib Bulletin 31, Federal Institute of Technology Lausanne-EPFL, Switzerland, 2005.

Post-Tensioned Foundations, VSL International Ltd., Berne, Switzerland, June 1988.

FIP Design of post-tensioned slabs and foundation rafts, Appendix A- example prepared by H.R. Ganz and M. Mickula, Thomas Telford, May 1998.

Industrial Floors and Pavements, Cement and Concrete Association of Australia, second edition, May 1999.