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Concrete behaviour against high velocity impacts
| dc.contributor.advisor | Lecompte, David | |
| dc.contributor.advisor | Rebelo, Hugo Miguel Bento | |
| dc.contributor.author | Chambino, Miguel Filipe Lopes | |
| dc.date.accessioned | 2025-02-20T11:04:45Z | |
| dc.date.available | 2025-02-20T11:04:45Z | |
| dc.date.issued | 2023-11-29 | |
| dc.description.abstract | É 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. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Today, it is increasingly common to witness extreme events, whether of natural or human origin, such as explosions or impacts. Terrorism, warfare, or accidental incidents of this kind usually result in catastrophic consequences, particularly for critical infrastructure. In this context, there is an urgent need to study protective solutions that can minimize damage to critical infrastructure, thereby safeguarding human lives. Furthermore, within this context, investigating how concrete responds to extreme events like explosions or high-speed impacts is of paramount importance. This dissertation is developed within the research project entitled 'Protection of Infrastructures Subjected to Extreme Actions (PrISAEx),' funded by the Research, Development, and Innovation Centre of the Military Academy (CINAMIL). Its main objective is to study the behaviour of concrete subjected to high-speed impacts to contribute to the design and dimensioning of protective solutions that improve the concrete’s behaviour against these events. This study examines the behaviour of concrete blocks subjected to high-speed impacts (>1000 m/s) generated by an Explosively Formed Penetrator (EFP). For this purpose, an experimental campaign was conducted in combination with a numerical analysis that resorted to the LS-DYNA finite element software in order to analyse the concrete fracture mechanisms. Subsequently, the numerical results were compared and validated with eight experimental tests. In the initial phase, a two-dimensional (2D) axisymmetric numerical model of an EFP was developed to capture its formation process and fundamental characteristics. After confirming that the EFP would achieve the desired speed, an experimental campaign was conducted using two types of concrete blocks, one with basalt aggregate and the other with limestone aggregate. Subsequently, a three-dimensional (3D) model was created, allowing for a more realistic simulation of the EFP's impact on a concrete block. This model enabled a more precise assessment of the EFP's performance and its interaction with the concrete block. Finally, penetration depth, fragmentation, and overall impact dynamics were analysed and compared with the experimental results. Through this study, it was possible to observe that harder aggregates demonstrated improved energy dissipation capabilities, as evidenced by reduced penetration. Furthermore, we confirmed the existence of various fracture mechanisms as described in the literature, with the aim of contributing to the future development of protective solutions to mitigate these effects. Notably, the importance of numerical modeling was highlighted, as the results closely approximated real-world values. | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.26/54485 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Alta Velocidade | pt_PT |
| dc.subject | Modelação numérica | pt_PT |
| dc.subject | Impacto | pt_PT |
| dc.subject | Comportamento dinâmico | pt_PT |
| dc.subject | High Velocity | pt_PT |
| dc.subject | Numerical Modelling | pt_PT |
| dc.subject | Impact | pt_PT |
| dc.subject | Dynamic Behaviour | pt_PT |
| dc.title | Concrete behaviour against high velocity impacts | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado Integrado de Ciências Militares na Especialidade de Engenharia Militar | pt_PT |