AM - TIA - ENG - EM - M - Mestrado em Engenharia Militar
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- 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 recognized 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 important 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 denominated 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, dissipating 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 flat 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.
- 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.
- Utilização de tubos de choque para geração de cargas explosivas ampliadas em ambiente controladoPublication . Lima, António Júnio Teixeira; Rebelo, Hugo Miguel Bento; Matias, Pedro José da Silva GonçalvesEsta dissertação, inserida no projeto CINAMIL "SAERFA - Sistemas de Absorção de Energia com Recurso ao Fabrico Aditivo", aborda a proteção de infraestruturas contra explosões. Através de quatro campanhas experimentais, foram obtidas equivalências de TNT para o explosivo PE4-A, utilizando diferentes métodos de avaliação, como sobrepressões de pico, impulsos e velocidade de propagação da onda de choque. A primeira campanha teve como objetivo avaliar a precisão e repetibilidade da determinação do equivalente TNT utilizando sobrepressões de pico e impulsos. A segunda explorou grandezas alternativas para a determinação da equivalência, nomeadamente sua determinação recorrendo à velocidade de propagação da onda de choque. A terceira obteve pressões amplificadas através de um tubo de choque, proporcionando novos insights. A última campanha experimental avaliou os deslocamentos provocados numa viga metálica pelas forças resultantes das pressões do tubo de choque. Os resultados demonstraram consistência e confiabilidade, validando a eficácia dos métodos aplicados. A dissertação destaca a importância de preparar infraestruturas para resistir a ataques e explosões, especialmente em locais de grande probabilidade de ameaça, como instalações governamentais e educacionais. A diversidade de casos analisados, incluindo incidentes reais em diferentes países, ressalta a necessidade urgente de medidas de prevenção e segurança. O estudo contribui para o avanço na compreensão do comportamento das estruturas sujeitas a ondas de choque, fornecendo uma base sólida para o desenvolvimento de estratégias de proteção e salvamento de vidas em situações de explosões.
- 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.
- 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.
- Resistência à flexão composta de colunas mistas aço-betãoPublication . Encarnação, Diogo Emanuel Matos; Martins, Luís Manuel Calado de OliveiraAs principais características das estruturas mistas aço-betão, nomeadamente um tempo de construção mais rápido do que as construções tradicionais e ainda o facto de que, para dimensões semelhantes dos elementos estruturais, a solução mista apresenta maior rigidez e capacidade de carga, permitem dotar este tipo de estruturas de uma vasta amplitude e aplicação nos mais variados tipos de construção, o que se comprova com a utilização crescente das mesmas nos últimos anos. Dentro dos vários elementos das estruturas mistas, as colunas mistas têm uma aplicação também muito vasta, porém são sobretudo usadas em edifícios de média e grande altura, sobretudo pelo facto de geralmente possuírem uma secção transversal menor para resistir a igual esforço axial. Maioritariamente, são usadas colunas com secções transversais bi-simétricas, no entanto, colunas mistas com secções assimétricas podem também ser usadas quando é necessário dimensionar pilares de canto, paredes de canto ou núcleos, para melhor se adaptarem à planta do edifício ou requisitos de excentricidades de carga. Uma vez que, colunas mistas com este tipo de secção transversal não podem ser estudadas através do método simplificado do Eurocódigo 4, o objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um programa de cálculo para analisar a resistência à flexão composta de colunas mistas com secção transversal mono-simétrica, através do cálculo das respetivas curvas de interação para cada tipo de secção. Sendo assim, foram analisadas quatro secções diferentes, todas do tipo concrete filled steel tubes, nomeadamente duas secções bi-simétricas e duas secções mono-simétricas. O programa de cálculo foi usado para realizar vários estudos paramétricos, nos quais se variou a resistência dos dois materiais, as propriedades geométricas de cada secção, o eixo segundo o qual o momento é calculado e ainda, uma comparação entre as várias secções transversais diferentes. Observou-se que, no caso, das variações da resistência dos materiais e das propriedades geométricas, o traçado da curva de interação depende do parâmetro ou seja, depende da relação entre a resistência do aço e a resistência total da secção. Um modelo numérico foi também desenvolvido com o objetivo de realizar uma análise global à coluna mista, usando para isso uma coluna mista com secção transversal circular, no qual se compararam vários pares de esforços N-M de colunas com diferentes alturas com a curva de interação obtida pelo programa de cálculo, com o objetivo de validar o mesmo e estudar a influência e a variação das imperfeições com a altura, no momento total da secção.
- 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.
- 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.
- Comportamento de Paineis de vidro Laminado ´ a Ac¸ ` ao˜ de Explosoes - Gerac¸ ˜ ao de Curvas Press ˜ ao-Impulso ˜ (P-I)Publication . Oliveira, Tiago Alves Mendes de; Cismasiu, Corneliu; Matias, Pedro José da Silva GonçalvesOs engenhos explosivos, e as explosoes em geral, s ˜ ao dos maiores perigos quer em ataques proposi- ˜ tados, como o caso do terrorismo, quer em casos de explosoes acidentais. Os elementos envidrac¸ados ˜ dos edif´ıcios sao uma das maiores ameac¸as para os ocupantes dos mesmos na ocorr ˜ encia de um ˆ evento explosivo. Podem originar estilhac¸os, que aumentam a percentagem de v´ıtimas por ferimentos ou ate mesmo, a morte. Sendo este material cada vez mais utilizado na arquitetura moderna, ´ e de ´ extrema importancia o estudo e preparac¸ ˆ ao das fachadas para suportarem este tipo de fen ˜ omeno. ´ Nesta dissertac¸ao, foi estudado o comportamento de pain ˜ eis de vidro laminado, quando sujeitos ´ a` ac¸ao de uma explos ˜ ao. Esta an ˜ alise foi efetuada atrav ´ es da simulac¸ ´ ao num ˜ erica no software LS-Dyna, ´ com consequente validac¸ao atrav ˜ es de ensaios experimentais baseados em trabalhos j ´ a realizados. ´ Para verificar esses resultados, foi realizada tambem uma campanha experimental ´ a escala real. Con- ` tudo, as medic¸oes conseguidas nesses ensaios n ˜ ao foram suficientemente conclusivas para permitir ˜ validar as estimativas numericas. ´ Atraves do modelo de elementos finitos, foi poss ´ ´ıvel gerar diagramas de Pressao-Impulso (P-I) para ˜ o criterio de rotura definido, que ser ´ ao˜ uteis no dimensionamento e previs ´ ao de danos que uma ac¸ ˜ ao˜ explosiva pode causar nas fachadas de vidro laminado de uma estrutura. Os diagramas Pressao-Impulso foram gerados com sucesso. No entanto, ˜ e importante estender a ´ campanha de ensaios experimentais para que seja poss´ıvel comparar estes resultados numericos com ´ os resultados reais.
- 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.