AM - TIA - ENG - EM - M - Mestrado em Engenharia Militar
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- Análise de uma infraestrutura crítica dotada de isolamento de base sujeita à ação sísmicaPublication . Falacho, Daniela Carvalho; Guerreiro, Luís Manuel Coelho; Câmara, António Carlos Rainha Perry daA sismicidade histórica de Portugal regista a ocorrência de fortes sismos no passado. Pode afirmar-se que, apesar de os sismos serem inevitáveis, as suas principais consequências não o são. Os danos devido a uma ocorrência sísmica podem ser mitigados; por isso, verifica-se uma necessidade crescente de projetar estruturas capazes de resistir a sismos de forma a serem minimizadas as acelerações induzidas por aquela ação. A aplicação de sistemas de isolamento de base é um tipo de tecnologia que permite salvar inúmeras vidas com a redução dos danos numa estrutura, garantindo a sua operacionalidade quando sujeita a ações sísmicas. O isolamento de base consiste em separar a estrutura do solo, através da aplicação de aparelhos que separam o movimento horizontal da estrutura do movimento sísmico. Pretende-se com este trabalho explorar a aplicação de sistemas de isolamento de base que possa ser utilizada em estruturas consideradas importantes, neste caso o Hospital das Forças Armadas, localizado no Lumiar. Para este estudo foram elaborados um modelo de base fixa e um com base isolada, sendo que foram analisados dois tipos de sistemas de isolamento: com apoios elastoméricos e apoios pendulares com atrito. Os modelos permitiram prever o desempenho da estrutura a partir da análise de resultados dos esforços de corte basal, dos deslocamentos entre pisos e acelerações. Com este estudo conclui-se que a aplicação de um sistema de isolamento de base reduz significativamente a resposta dinâmica da estrutura face um sismo quando comparada com a estrutura de base fixa.
- Analysis of the performance of laminated glass against explosionsPublication . Penedos, João António Lages Picão dos; Matias , Pedro José da Silva Gonçalves; Sovják, Radoslav; Hála,, PetrThis dissertation investigates the performance of laminated glass against explosions, focusing on the dynamic response of glass panels subjected to blast loads. The study aims to assess the behaviour of glass panels under the effect of blast waves and is part of the project "SAERFA - Energy Absorption Systems Using Additive Manufacturing". Then, in a subsequent phase of the project a system that can absorb energy and mitigate the effects of the blast wave will be developed. For this work, two experimental campaigns were conducted. First, an experimental campaign using a shock tube to characterize the action of the blast wave, where pressure and impulse data were collected. Then, an experimental campaign was conducted using the same shock tube with laminated glass samples of different thicknesses to determine their behaviour under blast waves. Afterwards, with all the data collected, numerical models using finite element analysis tools were built. These models helped create pressure-impulse diagrams, providing insights into the failure behaviour of glass subjected to explosions. The agreement between experimental data and numerical results confirms the model's accuracy. The final outcomes demonstrate that laminated glass panels, particularly with increased thickness, can effectively withstand higher blast loads.
- Avaliação do comportamento estrutural de pré-lajes de betão com fibras sintéticasPublication . Almeida, Daniel Teixeira Fernandes Dias de; Pedro, José Joaquim Costa Branco Oliveira; Firmo, João Pedro Lage da CostaO betão é um dos materiais mais utilizados na indústria da construção. Pode combinar-se com outros materiais (como o aço) para compensar algumas das suas características menos vantajosas, como a sua reduzia resistência à tração e o comportamento pouco dúctil. Nas últimas décadas, tem-se assistido ao desenvolvimento de betões com incorporação de diferentes tipos de fibras, melhorando algumas dessas desvantagens e possibilitando a redução ou eliminação das armaduras convencionais. Neste contexto, apresenta-se nesta dissertação um estudo experimental para avaliar a possibilidade de utilizar pré-lajes constituídas por betão com adição de fibras sintéticas como cofragens perdidas para a betonagem da laje de tabuleiro de uma ponte a construir em ambiente marítimo. Primeiramente determinaram-se as propriedades mecânicas de betão simples (como referência) e de betão com duas dosagens de fibras de poliolefinas (6 kg/m3 e 10 kg/m3). De seguida, foram realizados ensaios de flexão em pré-lajes constituídas pelos 3 tipos de betão com dimensões 100 × 50 × 5 cm3 definidos a partir do caso de estudo, sujeitas a diferentes tipos de carregamento e condições de apoio, que, além de tentarem simular aproximadamente as ações a que serão sujeitas no caso de estudo, pretenderam simular outras possíveis aplicações. Os resultados obtidos nos ensaios mostraram um aumento da carga máxima e da resistência residual pós-fissuração com o aumento da dosagem de fibras. Observou-se ainda que nas pré-lajes de betão com fibras foi possível atingir níveis de ductilidade consideráveis. Finalmente, concluiu-se que as pré-lajes estudadas apresentam uma resistência suficiente para suportar as ações impostas durante a fase de betonagem da laje do tabuleiro da ponte.
- Brittle Mineral Foam In A Sacrificial Cladding Solution For Blast Loading MitigationPublication . Braz, Duarte Alcobia; Lecompte, David; Matias, Pedro José Da Silva GonçalvesA ameaça de engenhos explosivos no campo de batalha continua a ser uma das formas mais eficazes de criar um grande número de baixas. Independentemente do alvo, estruturas ou veículos, é do interesse de países, como Portugal, que têm tropas destacadas em conflitos armados, para mitigar os seus efeitos. No caso dos veículos, estes possuem um sistema de proteção, como a blindagem, para mitigar os efeitos dos projéteis e fragmentos inimigos. No entanto, em caso de ataque com minas ou explosivos, a sua estrutura e os seus ocupantes continuam vulneráveis. Consequentemente, surge o objetivo deste estudo: criação e avaliação de um revestimento de sacrifício. Este sistema funcionará como uma solução para mitigar a quantidade de energia que a estrutura de principal tem de suportar e assim minimizar os seus danos. A solução de revestimento sacrificial adotada neste estudo baseia-se num núcleo de espuma mineral frágil. Este material tem a grande vantagem de ser leve, incombustível e económico. Além disso, tem também uma boa capacidade de absorção de energia. O desenvolvimento deste sistema e a avaliação do seu comportamento submetido a uma explosão ou a uma compressão dinâmica foi realizado através de campanhas experimentais e utilizando também a modelação numérica no software LS-Dyna. Foi verificada a capacidade de absorver energia e mitigar a ação de uma explosão através de um revestimento sacrificial com espuma mineral frágil. Foi verificado que o sucesso desta solução depende não só do seu núcleo mas também do elemento anterior, a placa frontal. Além disso, a própria geometria e configuração da espuma irá influenciar a sua eficiência de absorção.
- Comportamento de Painéis de vidro Laminado á Ação de Explosões - Geração de Curvas Pressão Impulso (P-I)Publication . Oliveira, Tiago Alves Mendes de; Cismasiu, Corneliu; Matias, Pedro José da Silva GonçalvesOs engenhos explosivos, e as explosões em geral, são dos maiores perigos quer em ataques propositados , como o caso do terrorismo, quer em casos de explosões acidentais. Os elementos envidraçados dos edifícios são uma das maiores ameaças para os ocupantes dos mesmos na ocorrência de um evento explosivo. Podem originar estilhaços, que aumentam a percentagem de vítimas por ferimentos ou ate mesmo, a morte. Sendo este material cada vez mais utilizado na arquitetura moderna, ´ e de ´ extrema importância o estudo e preparação das fachadas para suportarem este tipo de fenômeno Nesta dissertação, foi estudado o comportamento de painéis de vidro laminado, quando sujeitos ação de uma explosão. Esta análise foi efetuada através da simulação numérica no software LS-Dyna, ´ com consequente validação através de ensaios experimentais baseados em trabalhos já realizados. Para verificar esses resultados, foi realizada também uma campanha experimental á escala real. Con- ` tudo, as medições conseguidas nesses ensaios n ˜ ao foram suficientemente conclusivas para permitir ˜ validar as estimativas numéricas. ´ Através do modelo de elementos finitos, foi possível gerar diagramas de Pressão -Impulso (P-I) para o critério de rotura definido, que serão uteis no dimensionamento e previsão de danos que uma ação explosiva pode causar nas fachadas de vidro laminado de uma estrutura. Os diagramas Pressão -Impulso foram gerados com sucesso. No entanto, ˜ e importante estender a ´ campanha de ensaios experimentais para que seja possível comparar estes resultados numéricos com os resultados reais.
- Comportamento Sísmico de Pilares que Suportam Escadas a Meia AlturaPublication . Fernandes, Luís Miguel Alves; Lopes, Mário Manuel Paisana dos Santos; Brito, António José Brazão de; Matias, Pedro José da Silva GonçalvesPortugal é indubitavelmente um país sujeito à ação sísmica e o terramoto de 1755 é uma prova histórica disso. Assim, é de elevada importância ter-se lucidez sobre o impacto que os sismos têm nas estruturas para que os agentes responsáveis atuem de forma rigorosa e garantam segurança. O presente trabalho tem como objetivo contribuir para o conhecimento do comportamento das estruturas perante um sismo, mais especificamente a influência das escadas nos pilares em que se apoiam. Para abordar esta temática considerou-se um edifício habitacional genérico e dimensionou-se de forma corrente, através de uma análise estática linear. Para comparar com essa solução, é dimensionada uma outra em que se garantiu um maior nível de confinamento aos pilares em que a escada apoia a meia altura, de forma a aumentar a sua capacidade de deformação. Através de uma análise não linear, testam-se os dois modelos dimensionados e os resultados obtidos mostram que o confinamento aumenta significativamente o deslocamento que os pilares em questão conseguem acomodar. Desta forma, põe-se em causa a prática corrente de não considerar as escadas no projeto de edifícios, assumindo-se que essa simplificação está do lado da segurança. No caso de um sismo, por se tratar de deslocamentos impostos, esse pressuposto não é verdade.
- Concrete behaviour against high velocity impactsPublication . Chambino, Miguel Filipe Lopes; Lecompte, David; Rebelo, Hugo Miguel BentoÉ cada vez mais frequente testemunhar ações extremas, sejam de origem natural ou humana, tais como explosões ou impactos. O terrorismo, a guerra ou ações acidentais desta tipologia originam, normalmente, consequências catastróficas, particularmente em infraestruturas críticas. Neste sentido, urge o estudo de soluções protetivas capazes de mitigar o dano em infraestruturas críticas, preservando desta forma a vida humana. Ainda neste âmbito, o estudo do betão face a ações extremas como a explosão ou impactos de alta velocidade torna-se vital. A presente dissertação desenvolve-se no âmbito do projeto de investigação intitulado “Proteção de Infraestruturas Sujeitas a Ações Extremas (PrISAEx)”, financiado pelo Centro de Investigação, Desenvolvimento e Inovação da Academia Militar (CINAMIL), tendo como principal objetivo estudar o comportamento do betão sujeito a impactos de alta velocidade, de forma a contribuir para a conceção e dimensionamento de soluções protetivas que melhorem o comportamento do betão face a esta ação. Este estudo analisa o comportamento de blocos de betão sujeitos a impactos de alta velocidade (>1000 m/s), originados por um Explosively Formed Penetrator (EFP). Para tal, foi realizada uma análise numérica com recurso ao programa LS-DYNA, de forma a analisar os mecanismos de rotura do betão. Posteriormente, os resultados numéricos foram comparados e validados com oito testes experimentais. Numa primeira fase, foi desenvolvido um modelo numérico bidimensional (2D) axisimétrico de um EFP para capturar o seu processo de formação e características fundamentais. Após constatar que o EFP atingiria a velocidade desejada, foi realizada uma campanha experimental com dois tipos de blocos de betão, um com agregado de basalto e outro com agregado de calcário. Posteriormente, foi criado um modelo tridimensional (3D), permitindo uma simulação mais realista do impacto do EFP contra um bloco de betão. Este modelo possibilitou uma avaliação mais precisa do desempenho do EFP e da sua interação com o bloco de betão. Por fim, a profundidade de penetração, fragmentação e a dinâmica global do impacto foram analisadas e comparadas com os resultados experimentais. Através deste estudo, foi possível constatar que agregados mais resistentes demonstraram uma melhor capacidade de dissipação de energia, evidenciada pela menor penetração. Além disso, observamos a confirmação dos diferentes mecanismos de ruptura descritos na literatura tendo como objetivo contribuir futuramente para o desenvolvimento de soluções protetivas visando a mitigação desses efeitos. De destaque, a relevância da modelação numérica, uma vez que os resultados se aproximaram dos valores reais.
- Design, Analysis and Testing of a Glazing Façade with Energy Dissipation DevicesPublication . Machado, José Augusto Carneiro; Pedro, José Joaquim Costa Branco de Oliveira; Matias, Pedro José da Silva Gonçalvesdissertação desenvolvida está incluída no projeto ProFESEx (Sistema de Proteção de Fachadas Envidraçadas Sujeitas a Explosões) em que o principal objetivo é desenvolver uma possível solução de fachada envidraçada utilizando metamateriais impressos em 3D com geometria auxética, e vidro laminado composto por duas lâminas de vidro temperado capazes de resistir a cargas explosivas. A utilização de um sistema de dissipação de energia proporcionará uma redução dos danos do vidro e melhorará o seu comportamento e resistência contra explosões. Quando uma carga de explosiva é aplicada num vidro laminado, dependendo do tipo de vidro utilizado nas diferentes lâminas, os danos causados ao ser humano podem ser drasticamente reduzidos em comparação com um vidro monolítico que é responsável pela maioria das vítimas, devido à projeção dos fragmentos de vidro. O vidro é um material difícil de modelar utilizando o método dos elementos finitos (MEF) devido ao facto das suas propriedades serem complexas de simular. Procurou-se combinar os resultados dos modelos de EF, para calibrar os modelos, e compreender o comportamento de um vidro laminado com e sem o sistema de dissipação de energia. Concluiu-se que o sistema de dissipação funciona, embora os resultados obtidos nos ensaios de campo não sejam suficientes para compreender o comportamento completo do painel de vidro com o sistema de dissipação para diferentes cargas explosivas. O sistema de dissipação funciona devido à comparação com o painel de apoio rígido, mas necessita de melhorias para que o painel de vidro possa beneficiar mais da sua capacidade.
- Estudo para comparação do desempenho e custo de edifícios com e sem isolamento de base – Aplicação ao novo edifício do HFARPublication . Alves, Diogo Miguel Patrício; Guerreiro, Luís Manuel Coelho; Câmara, António Carlos Rainha Perry daA proteção de infraestruturas é essencial para atenuar o risco sísmico e permitir o funcionamento contínuo das organizações e serviços críticos, aquando da ocorrência de um sismo. O Isolamento de base é uma das soluções mais eficazes na prevenção sísmica, pois além de impedir o colapso, mantém, na generalidade dos casos, a operacionalidade dos edifícios. A presente dissertação tem como objetivo principal aferir a redução que se pode alcançar nos elementos estruturais com a implementação desse sistema, diminuindo assim, os encargos inerentes à sua implementação. Neste estudo, foi utilizado o projeto estrutural do novo edifício do Hospital das Forças Armadas (Lumiar - Lisboa), tendo sido, a partir do mesmo, desenvolvido um modelo de análise numérica tridimensional. Com esse modelo foi avaliado o desempenho do edifício, quando sujeito à ação sísmica regulamentar. Numa segunda fase, implementou-se no modelo, um sistema de isolamento de base. Posteriormente, efetuou-se uma reavaliação do desempenho sísmico e comparação com a situação inicial. Simultaneamente foi realizado um balanço entre os custos adicionais e as poupanças relativas à redução de elementos estruturais e redução de armaduras no edifício devido à implementação do sistema de isolamento de base. Seguida por uma avaliação custo-benefício. Por fim, conclui-se que a aplicação de sistemas de isolamento de base, reduz significativamente os esforços gerados na estrutura durante a ocorrência de um sismo, e que essa redução é suficiente para obter uma poupança considerável no dimensionamento dos elementos estruturais verticais, acabando por compensar grande parte dos custos de implementação do sistema.
- Performance Assessment of a U-Shaped Dissipative Flat Bar Bending Device for Blast ProtectionPublication . Ferreira, Tiago José Basílio; Lecompte, David; Matias, Pedro José Da Silva GonçalvesCommercial ”shipping containers” have brought about a revolution in military logistics. Initially recog nized as being a primary method for shipping supplies and materiel, these structures can be adapted to improve living conditions for soldiers during operations. The increase of terrorist attacks and the high use of explosive devices as a weapon type makes the investigation of blast-resistant solutions for structures based on energy-dissipating methods impor tant given that it can protect the occupants and contents from blast effects and allow rapid repair and reoccupation after an explosive attack. This dissertation focuses on the study and characterization of an energy dissipative device denom inated U-shaped dissipative flat bar bending device (UFBD) subject to blast loading conditions. This device is part of a design of a protective solution developed for ISO containers to mitigate the amount of energy released from a blast event, minimizing the damage to the container allowying a faster recovery of full functionality after an extreme event. The UFBD is composed of a mechanism box with a pin inside and a flat bar which is positioned in direct contact around the pin. When a force is applied, the flat bar is forced to bend around the pin, dissi pating energy through plastic deformation. The study and characterization of the UFBD subject to blast loading conditions were carried out through an experimental test campaign and numerical modelling in the LS-Dyna software. The blast loading experimental campaign and the numerical simulations proved that the UFBD has the potential to work as an energy absorber device for blast loading conditions. It was verified that the f lat bar moved around the pin and deformed as expected. The ability to dissipate energy through plastic deformations was validated through the plastic deformation of the flat bar after the blast.