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 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.
- 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.
- 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 bissimétricas, 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 Euro código 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 bissimétricas 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.
- Estudo para comparação do desempenho e custo de edifícios com e sem isolamento de basePublication . 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.
- 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 Explosível 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) as simétrico 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.
- 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 bentões 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 pé 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.
- Estudo para avaliação do desempenho de edifícios com isolamento de base do tipo apoio pendular com atritoPublication . Santos, Hugo José Fontes dos; Guerreiro , Luís Manuel Coelho; Câmara , António Carlos Rainha Perry daNo decorrer da vasta história portuguesa registamos a ocorrência de fortes sismos. Face à inevitabilidade da ocorrência dos mesmos, impõe-se a necessidade de adotar medidas que limitem as consequências do sismo, permitindo o funcionamento das infraestruturas críticas. A utilização da técnica de isolamento de base em edifícios é uma das soluções mais eficazes para salvaguardar as infraestruturas. Na dissertação em causa pretende-se estudar o desempenho sísmico de um edifício dotado de isolamento de base recorrendo a apoios do tipo pendular com atrito. Além da avaliação da resposta em diversos parâmetros como os esforços de corte basal, os deslocamentos e as acelerações máximas nos pisos, será feita uma comparação com uma solução com apoios do tipo elastomérico com alto amortecimento (HDRB). Neste trabalho, será utilizado o projeto estrutural do novo edifício do Hospital das Forças Armadas (Lumiar- Lisboa), sendo a partir do mesmo desenvolvido um modelo de análise numérica tridimensional para avaliar o desempenho da estrutura. Dada a natureza altamente não linear dos apoios pendulares com atrito, será necessário realizar análises dinâmicas não lineares no domínio do tempo. Subsequentemente, utilizando esse modelo, serão estudados três casos que exemplificam a aplicação de sistemas de isolamento de base no mesmo edifício. Este estudo permitiu concluir, através da análise comparativa dos desempenhos sísmicos evidenciados pelos diferentes casos, que a aplicação de um sistema de isolamento de base reduz substancialmente a resposta dinâmica da estrutura quando comparada com a estrutura de base fixa.
- Hypervelocity impacts against concrete mixed with ceramic spheresPublication . Elias, Teotónio Póvoa Rodrigues; Rebelo , Hugo Miguel Bento; Lecompte, DavidExtreme events, whether natural occurring or manmade can have catastrophic consequences, endangering people. Given the current geopolitical situation, there is a need to better protect structures against these threats, minimizing damage to critical infrastructure and safeguarding human lives. Due to this necessity, the Research, Development, and Innovation Centre of the Military Academy (CINAMIL) funded the “Protection of Infrastructures Subjected to Extreme Actions“ (PrISAEx) project, from the Centre of Competence for Infrastructure Protection (CCPI), to better understand this phenomena typology and to study ways to mitigate its effects. Within extreme events, hypervelocity impacts (speeds greater than 2000 m/s or 3000 m/s) must be considered. Therefore, this dissertation will study the behaviour of concrete when faced with hypervelocity impacts, with the goals of evaluating the protective capabilities of concrete structures with the addition of 3 layers of ceramic spheres. The hypervelocity will be achieved using a shaped charge inspired by the PG-7VM warhead, launched by the RPG-7. For this purpose, LS-DYNA was used to create axisymmetric numerical models of the shaped charge impacting plain concrete targets, as well as concrete targets with the added ceramic spheres. These models were validated with an experimental campaign where the achieved penetration, affected diameter, entry diameter and loss of volume of the different targets were analysed. Furthermore, it was possible to retrieve liners after opening the targets, which provided additional data regarding the loss of their mass. For the experimental campaign, 3 types of targets were used: S type targets, filled with plain concrete; E type targets were filled with concrete with 3 layers of ceramic spheres and NN targets have the same composition as E targets with the addition of a non-Newtonian fluid, filling the gaps between the spheres. With the experimental campaign, it was found that the addition of the spheres resulted in decreasing penetration on target by 0,38% and that combining spheres and non-Newtonian fluid caused a 20% reduction in penetration. Furthermore, it was possible to verify that the available analytical penetration models significantly overestimate penetrations, which makes sense considering the difficulties in translating the behaviour of a brittle and non-homogeneous material.
- 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.