ESTGV - DEC - Dissertações de mestrado (após aprovadas pelo júri)
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- Modelação numérica de vigas de betão armado com diferentes armaduras: varões de aço e de GFRPPublication . Baroni, Thiago Felipe; Silva, Paulo Alexandre da Silveira Costeira Marques da; Gouveia, António Ventura; Dalcanal, Paôla ReginaA constante inovação no desenvolvimento de materiais tem introduzido novos desafios à engenharia, exigindo a adaptação de métodos de análise e dimensionamento a novas soluções construtivas. Com isso, os varões de GFRP (polímero reforçado com fibra de vidro) têm surgido como uma alternativa promissora, apresentando vantagens como elevada resistência mecânica e à corrosão. No entanto, por se tratar de um material relativamente recente no contexto estrutural, ainda são necessários estudos que permitam compreender de forma mais aprofundada o seu comportamento global. O presente estudo tem como objetivo a modelação numérica, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), de vigas de betão armado com diferentes tipos de armadura, aço e GFRP, submetidas à flexão. Como caso de estudo utilizou-se o trabalho experimental desenvolvido por Teixeira (2024) na instituição UTFPR-PB. Foram desenvolvidas modelações e simulações numéricas para vigas com armaduras de aço e de GFRP. A modelação das vigas de betão com armaduras de aço serviu para a definição da malha e da calibração das leis constitutivas do betão, incluído os modelos de tension softening e de tension stiffening. No caso das vigas com armaduras de GFRP, foi ainda analisado o comportamento da interface betão-GFRP. Para tal, foram realizadas várias simulações numéricas com o objetivo de avaliar a influência das leis constitutivas adotadas para o betão e para a interface betão-GFRP. As análises efetuadas permitiram reproduzir de forma satisfatória a evolução da curva carga–deslocamento e o desenvolvimento do padrão de fendilhação observado experimentalmente, tendo em conta as limitações associadas aos dados disponíveis. Foi também possível observar que os parâmetros que mais influenciaram o comportamento numérico destas vigas, pela sua incerteza, foram o módulo de elasticidade dos varões de GFRP, a tensão máxima de aderência, 𝜏𝑚 , e o escorregamento associado a essa tensão máxima, 𝑠𝑚. A resposta numérica que melhor se ajustou à curva média experimental foi obtida considerando-se o modelo mBPE baseado no trabalho de Cosenza et al. (1997), para varões de superfície lisa.
- Isoladores Sísmicos em EdifíciosPublication . Rafagnin, Luan Paulo; Rouxinol, Gilberto Antunes Ferreira; Dalcanal, Paôla ReginaCivil engineering seeks to protect buildings against seismic action. Traditional design is based on material ductility, allowing controlled structural damage to occur in order to prevent building collapse. However, this approach results in inoperable structures and requires costly repairs after an earthquake. Base isolation emerges as a technological alternative that decouples the structure from ground motion and preserves its integrity. This dissertation aims to analyze the different available seismic protection technologies, their regulatory framework, and their practical insertion in the construction industry. The study classifies and evaluates the mechanical operation of passive, active, and semi-active systems. The research uses a qualitative and bibliographic review methodology. The work details the technical specifications, constitutive models, and qualification tests of commercial passive devices, such as high damping rubber bearings (HDRB), lead rubber bearings (LRB), and friction pendulum systems (FPS). In addition, the document addresses the design requirements and analysis methods stipulated by European regulations, especially Eurocode 8. The implementation of these technologies increases direct construction costs, with an initial rise ranging from 10.3% to 23.6%. Nevertheless, the building’s life cycle analysis demonstrates the economic viability of the solution. The total cost over the useful life becomes 2.5% to 4.8% lower than that of fixed-base structures. This savings is justified by an 82% to 84% reduction in costs associated with post-earthquake losses and by ensuring the operational continuity of the infrastructure
- Digital Twin para monitorização e controle das condições ambientais interiores em edifícios: caso de estudo da ESTGVPublication . Viegas, Ana Paula; Almeida, Ricardo Manuel dos Santos Ferreira de; Cerri, José AlbertoEste trabalho tem como objetivo explorar o potencial de um modelo digital twin para monitorizar as condições ambientais interiores dos edifícios. Procurando-se compreender e demonstrar os melhores procedimentos e tecnologias disponíveis para uso, analisou-se a sua viabilidade de implementação num modelo do edifício da ESTGV. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o tema, pesquisando também estudos de caso com informação sobre as várias etapas que são necessárias e, desta forma, suportar e viabilizar o presente trabalho. Após esta fase, realizou-se o levantamento tridimensional do edifício recorrendo a técnicas de captura da realidade, a implementação do sistema de sensorização e, por fim, a criação do modelo digital twin. A partir da execução das tarefas da vertente prática do trabalho, procurou-se sistematizar a informação através de uma descrição metódica e didática dos procedimentos adotados. Pretende-se assim documentar as etapas e facilitar o desenvolvimento de modelos de digital twin noutras esferas de conhecimento e de implementação. Os resultados alcançados demonstram o potencial da metodologia adotada para a criação do modelo, não deixando de evidenciar as dificuldades e as limitações encontradas no percurso bem como um paralelo com as informações e experiências encontradas na revisão bibliográfica. Em síntese, o presente trabalho permitiu compreender a complexidade associada a um modelo digital integrado com vista à criação de um digital twin. Por outro lado, foi possível explorar o potencial das tecnologias emergentes nomeadamente no que se refere à captura de realidade. Por fim, foi possível identificar áreas de atuação e desenvolvimento com potencial de pesquisa e aprimoramento em trabalhos futuros.
- Automatic detection of pathologies in buildings from thermal imagesPublication . Serafim, Barbara Gomes; Almeida, Ricardo Manuel dos Santos Ferreira de; Mazer, Wellington; Barreira, EvaThe application of thermography, as a non-destructive technique to evaluate pathologies in buildings where destructive tests are unfeasible or difficult to perform, stands out as a valuable tool with high potential. InfraRed Thermography (IRT) offers the ability to identify structural pathologies and abnormalities by inspecting thermal radiation from building surfaces. While widespread, the applicability of IRT is generally constrained by the quality of the resultant thermal images as well as their interpretative subjectivity. The aim of this research is to circumvent these shortcomings by developing an automatic system for the identification of construction pathologies using thermal images, which would make building inspections more accurate and efficient. The approach employed in this work involved the collection and categorization of a database of thermal images, which served as the foundation for developing the automatic detection tool. The research process was structured into several primary phases, including problem definition, data collection, image processing, implementation of software, and assessment. The results of this study confirmed the instrument to be useful in detecting and mapping construction irregularities. The presence of noise in the thermal images, nonetheless, posed a significant threat to the accuracy of the detection process. Comparative studies indicated that color detection methods outperformed percentile-based methods in terms of accuracy and reliability. The image processing functions were highlighted, although drawbacks like fixed resolution and potential memory utilization issues were noted. In conclusion, this research contributes to automated pathology detection in building diagnostics using infrared thermography. The developed tool can potentially assist technicians with a more efficient and objective means of interpreting thermal images. The tool's performance should be further enhanced, with the inclusion of machine learning algorithms for improved accuracy, and the database populated to enable stronger neural network training. Additionally, the incorporation of a report features to categorize discovered pathologies by extent of damage would also make the tool more realistically functional.
- Modelação numérica de elementos de betão armado reforçados com sistemas de CFRPPublication . Clemente, Gabriela Barbosa; Marques, Paulo Alexandre da Silveira Costeira; Gouveira, António Ventura; Gutstein, DanielaO reforço de estruturas de betão armado com Compósitos Reforçados com Fibras de carbono – Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) tem sido amplamente utilizado desde a década de 1980 devido às suas propriedades mecânicas, como elevada resistência à tração e durabilidade. A técnica de colagem externa – Externally Bonded Reinforcement (EBR) apresenta uma solução leve e eficiente, podendo ser aplicada em diferentes superfícies sem comprometer a eficácia estrutural. No entanto, para garantir um desempenho adequado, é essencial uma interface forte e estável entre o reforço e o substrato. Este estudo tem como objetivo modelar numericamente, por meio do Método dos Elementos Finitos – Finite Element Method (MEF), lajes de betão armado reforçadas com CFRP, avaliando a influência das leis constitutivas dos materiais. Foram analisados três tipos de lajes: betão armado (FSRC), betão armado reforçado com manta (FSBM) e betão armado reforçado com laminado (FSBL). A modelação permite comparar os resultados numéricos com dados experimentais, identificando a necessidade de calibração das leis constitutivas para aproximar o comportamento simulado ao observado em ensaios. O estudo destaca que a modelação numérica de estruturas reforçadas com CFRP enfrenta desafios significativos, especialmente na calibração das leis constitutivas, na representação de roturas frágeis e na dificuldade de convergência em modelos não lineares. Foram analisadas curvas carga-deslocamento, padrões de fendilhação e distribuição das extensões nos sistemas de CFRP, tendo-se concluído que o modelo numérico captou de forma adequada o comportamento observado experimentalmente. Para isso, utilizou-se o programa computacional Femix, que possibilitou a análise da resposta estrutural e a identificação dos principais desafios na modelação.
- Simulações de conforto térmico de uma edificação histórica utilizando os softwares Rhinoceros 3D e Grasshopper: caso de estudo do Museu Nacional Grão VascoPublication . Jodas, Gustavo Bonfim; Almeida, Ricardo Manuel dos Santos Ferreira de; Dalcanal, Paola ReginaA conservação de edificações históricas é fundamental para preservar a cultura entre gerações. Nos novos edifícios, o uso de software de simulação tornou-se comum, permitindo projetos mais eficientes em termos energéticos e de conforto para os utilizadores. No entanto, para edifícios existentes, esses programas ainda não são amplamente utilizados, apesar da crescente necessidade de reabilitação. Foi caracterizado o desempenho atual do edifício e analisados cenários de intervenções de reabilitação, designadamente a substituição dos envidraçados originais (vidro simples incolor) por vidro simples laminado e vidro duplo de baixa emissividade. O vidro duplo de baixa emissividade apresentou o melhor desempenho, reduzindo a temperatura média interna e diminuindo significativamente os períodos de desconforto térmico por sobreaquecimento durante o período de verão, contribuindo tanto para o conforto dos ocupantes, quanto para a preservação do acervo. Outro aspeto analisado no modelo foi o impacto da estratégia de ventilação, através de alterações no parâmetro de Renovações Por Hora (RPH). Testaram-se três cenários: 1 RPH constante ao longo do dia, 2 RPH constantes ao longo do dia e, por fim, um cenário com variação entre 1 e 2 RPH ao longo do dia. O cenário com 2 RPH constantes apresentou a maior redução da temperatura média interna e uma considerável redução no período de desconforto por sobreaquecimento. O impacto da ventilação na simulação mostrou ter um maior impacto do que a troca dos envidraçados. Ainda assim também foram simuladas combinações dos diferentes envidraçados com os cenários de ventilação. Por fim, comparam-se os valores obtidos nas simulações com os limites de temperatura indicados para a conservação dos acervos do museu estabelecidos pela norma da ASHRAE (2017). Tanto nas simulações como nas medições reais verificou se que, no período analisado (junho a setembro), as temperaturas excederam os limites recomendados pela norma em mais de 60% do tempo, tanto para a situação inicial como após as propostas de intervenção.
- Caracterização do estado de conservação do centro histórico de Viseu: inspeção visual e utilização de técnicas não destrutivasPublication . Oliveira, Mariana Alves; Almeida, Ricardo Manuel dos Santos Ferreira de; Barreira, Eva Sofia MachadoEste trabalho aborda a conservação de edifícios históricos que mostram o património cultural, social e arquitetónico de uma sociedade. A recuperação de construções antigas é essencial para o crescimento urbano sustentável, pois valoriza a identidade local, cria empregos e rendimentos por meio do turismo, além de diminuir o impacto ambiental em relação à construção de novas edificações. A reabilitação abrange diversos campos da engenharia e arquitetura, sendo fundamental entender ao pormenor a estrutura e os materiais dos edifícios, principalmente dos mais antigos. Métodos como a inspeção visual, a termografia de infravermelhos e a avaliação do teor de humidade são fundamentais para detetar anomalias, sejam elas visíveis ou não, e sustentar intervenções eficazes. A utilização dos métodos não destrutivos permite identificar e diagnosticar várias anomalias e eventual degradação dos materiais sem comprometer seu uso. Neste trabalho realizou-se a caracterização do estado de conservação de alguns edifícios do centro histórico de Viseu que inclui duas etapas: i) utilização de técnicas não destrutivas (termografia de infravermelhos e detetor de humidade) para avaliar o estado de conservação das fachadas dos edifícios; e ii) inspeção visual com recurso a uma ficha de inspeção. Os resultados mostraram que a maioria das fachadas estão em bom estado de conservação. As imagens termográficas evidenciaram e confirmaram patologias que estavam visíveis a olho nu como a colonização biológica e fissuras. Não obstante, revelou ainda algumas anomalias ocultas como a existência de infiltrações.
- Modelo de previsão de velocidade para rotundasPublication . Sousa, Nicolly Novais; Vasconcelos, António Luís Pimentel; Tabalipa, Ney LysandroO desempenho das redes viárias urbanas é fortemente influenciado pelas interseções, principalmente em termos de demoras, segurança e emissões ambientais. As rotundas, um tipo de interseção caracterizado pela convergência dos fluxos em torno de uma praça central, são particularmente eficientes na capacidade viária e na redução de acidentes graves. No entanto, assim como outras interseções, as rotundas apresentam pontos de conflito, tanto entre veículos quanto entre veículos e peões, tornando a gestão das velocidades um fator crucial. Velocidades elevadas estão associadas a maior risco de acidentes e criam barreiras à circulação de pedestres e ciclistas. Por outro lado, a imposição de velocidades muito baixas, por meio de condicionantes geométricas, pode gerar desconforto aos condutores e reduzir a adequação das rotundas para vias de hierarquia superior. Nesta dissertação, busca-se analisar o perfil de velocidades dos condutores nas fases de aproximação, circulação e saída das rotundas, com o objetivo de desenvolver um modelo matemático capaz de prever essas velocidades com base em variáveis geométricas e operacionais. Para isso, foi utilizada uma base de dados composta por trajetórias reais, coletadas por meio de um drone e de um veículo instrumentado. A análise desses dados permitiu identificar padrões comportamentais dos condutores e destacar a influência crucial de uma conceção geométrica adequada nas trajetórias e velocidades adotadas. O modelo desenvolvido, uma vez devidamente calibrado, apresenta elevada precisão na estimativa das velocidades de qualquer veículo ao longo da sua trajetória, ultrapassando algumas limitações das metodologias existentes. Este modelo tem aplicabilidade prática, permitindo que se avalie, ainda na fase de projeto, o impacto das opções geométricas nos padrões de velocidade e, consequentemente, nos índices de segurança das rotundas.
- Aplicação do BIM ao Património Histórico. Um caso de estudo: Igreja de S. Miguel do Fetal (Viseu)Publication . Polydoro, Francesca Porto Alves Provinciali; Silva, Paulo Alexandre da Silveira Costeira Marques da; Mazer, WellingtonA preservação e reabilitação do Património Cultural continua a ser uma preocupação relevante, exigindo a coleta de todas as informações disponíveis sobre os materiais e processos construtivos utilizados, as transformações sofridas pelo edifício, e as patologias existentes, entre outros aspectos. Normalmente, essas informações são obtidas a partir de documentos históricos, desenhos, fotografias, inspeções visuais, levantamentos geométricos e fotográficos, campanhas de ensaios, etc. A metodologia BIM (Building Information Modeling) tem demonstrado um grande potencial devido à sua capacidade de visualização em modelo tridimensional (3D) e à centralização de toda a informação associada a um único ambiente digital. Este trabalho visa aplicar a metodologia BIM na análise e modelagem da Igreja de S. Miguel do Fetal, em Viseu, com o objetivo de integrar todos os aspectos relevantes para a sua conservação e gestão. Para tanto, foi necessário realizar um levantamento geométrico e fotográfico do edifício, bem como uma inspeção visual que possibilitasse a documentação e localização das patologias e danos existentes. Em seguida, desenvolveu-se um modelo 3D do edifício com recurso ao software Revit (Autodesk, 2023). As informações coletadas foram integradas ao modelo 3D virtual (Digital Twin), permitindo a análise da gravidade das patologias identificadas e a elaboração de um plano preliminar de intervenção. A combinação de inspeções visuais, modelagem digital no Revit e criação de mapas de danos demonstrou ser eficaz na identificação e caracterização das patologias, com informações detalhadas e a possibilidade de futuras atualizações. A priorização das patologias através de parâmetros GUT facilitaram a organização e gestão das informações, contribuindo para planos de manutenção mais eficazes. O trabalho contribui para a aplicação do BIM na preservação de edificações históricas e oferece um modelo prático para a documentação e análise de patologias, com implicações para futuras pesquisas e práticas de conservação.
- Aplicação do BIM na Inspeção e Diagnóstico de Edifícios Antigos: Estudo de CasoPublication . Kuser, Juliane Lucchesi; Silva, Paulo Alexandre da Silveira Costeira Marques da; Gutstein, DanielaA modelagem da informação da construção (Building Information Modeling - BIM) é uma metodologia que vem sendo cada vez mais aplicada na indústria da Arquitetura, Engenharia, Construção e Operação (AECO) tanto para o projeto como para a construção de edifícios. Porém, essa metodologia também pode ser aplicada a projetos de reabilitação de edifícios antigos – denominando-se modelagem da informação da construção histórica (Heritage Building Information Modeling (HBIM) - permitindo uma gestão eficaz da informação. O objetivo desta dissertação é complementar o estudo que vem sendo desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Viseu (ESTGV), sobre edifícios antigos construídos por paredes de tabique. Aplica-se a metodologia BIM num estudo de caso de um edifício residencial antigo situado no centro urbano de Viseu, em Portugal, documentando no modelo BIM os levantamentos geométricos, os ensaios realizados em campo, as anomalias e danos existentes no edifício. Para isso, a metodologia adotada envolve a criação de famílias paramétricas, a utilização do plug-in BIMCollab e a modelagem do faseamento de projeto. A estrutura e a arquitetura do edifício são modeladas através do software Revit, criando-se um modelo BIM onde as demais informações são adicionadas. Dentre as conclusões obtidas pelo trabalho, o estudo propicia a sistematização da recolha e armazenamento dessa informação no modelo BIM (Digital Twin), facilitando a visualização do estado de conservação dos elementos estruturais e do edifício na sua globalidade, permitindo assim o gerenciamento da informação relacionada à inspeção e diagnóstico.