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Doutoramento em Engenharia Civil Esta dissertação aborda o tema da renovação e reabilitação urbana, para o qual o meio técnico e científico tem-se progressivamente consciencializado. O contributo deste trabalho começa pela reflexão e contextualização das actuais tendências das acções de reabilitação urbana pelo nosso País, no desenvolvimento de um modelo que permite a identificação de várias acções concorrentes. Uma vez identificados problemas, potencialidades, dificuldades e oportunidades, é possível a definição de uma estratégia com o objectivo de orientar as acções e processos de reabilitação de forma sustentável. No desenvolvimento de propostas e na definição de estratégias de reabilitação urbana, é fundamental a elaboração da inspecção e diagnóstico adequado à escala da área em análise. É proposto um modelo de procedimento, para o registo e diagnóstico do estado de conservação dos edifícios, testado e aplicado no processo de Renovação Urbana da Baixa de Coimbra, atendendo aos vários objectivos parciais. A acção de diagnóstico estruturado e credível para a caracterização construtiva dos edifícios de centros urbanos antigos, a análise das suas condições de degradação e principais anomalias, permitiu a criação de uma base de informação relevante sobre o edificado antigo desta área da cidade que disponibiliza, não apenas resultados directos de pesquisas simples sobre os edifícios, a arquitectura e outros aspectos socio-demográficos, mas permite também apoiar outros estudos, com recurso a modelos e análises mais sofisticados, nos quais resultarão indicadores e resultados mais profundos, como por exemplo, na avaliação da segurança estrutural e vulnerabilidade das construções. Apresentam-se os resultados de uma campanha de ensaios in-situ de caracterização das alvenarias, usando macacos planos para aprofundar o conhecimento do comportamento mecânico das alvenarias antigas, nomeadamente na caracterização do estado de tensão instalado nas paredes, e na caracterização do comportamento mecânico (resistência à compressão, módulo de elasticidade) informação fundamental quando se analisa as construções antigas. Nas últimas décadas a avaliação do risco sísmico, tal como outros fenómenos naturais, é de preocupação crescente, considerada essencial na actividade e definição de estratégias de planeamento e gestão urbana. A avaliação da vulnerabilidade sísmica dos edifícios existentes na perspectiva da mitigação do risco sísmico deve colocar-se não só em relação aos edifícios isolados de relevante importância histórica e cultural, mas também, em relação aos aglomerados de construções em centros urbanos. A análise do desempenho de edifícios em sismos recentemente ocorridos, tem permitido identificar os aspectos estruturais que mais influenciam na sua vulnerabilidade, e consequentemente na produção de mecanismos de danos. Serão apresentados os resultados de avaliação da vulnerabilidade segundo uma nova metodologia proposta, baseada num índice de vulnerabilidade que consequentemente permite a avaliação do dano e criação de cenários de perda (económicas e humanas). É discutida e avaliada a aplicação da metodologia proposta e a sua integração numa plataforma SIG. Foram desenvolvidos modelos mecânicos simplificados, que através de uma análise não-linear, avaliam a vulnerabilidade de edifícios isolados e agregados de edifícios (quarteirões), discutindo quer aspectos associados a incerteza na definição da capacidade das estruturas, quer na identificação do desempenho e resposta das estruturas. Confrontam-se os resultados produzidos com a metodologia baseada no índice de vulnerabilidade. Desenvolveram-se ainda modelos numéricos com dois objectivos: analisar diferentes estratégias de reforço e reparação, e confrontar os resultados produzidos com os da metodologia mecanicista. Desta forma discute-se com diferentes níveis de detalhe, as formas de avaliação da vulnerabilidade, apresentação e interpretação dos resultados, associadas inevitavelmente à sua escala de operacionalidade. This dissertation approaches the subject of renewal and urban rehabilitation, for which the technical and scientific sphere have been progressively alert and conscientious. The contribution of this work begins with the reflection and framework of the actual tendencies of urban rehabilitation actions in our Country, with the development of a model that allows the identification of several competitive actions within the process. Once identified problems, strengths, difficulties and opportunities, it is possible to define a strategy with the goal of guiding actions and processes on rehabilitation in a sustainable manner. In the development of proposals and definition of urban rehabilitation strategies is fundamental to carry out a thorough inspection and diagnosis, appropriate to the scale of the area under analysis. It is proposed a procedure, to register and diagnose the conservation state of the buildings, tested and applied in the process of Urban Renewal of the Historical City Centre of Coimbra, attending to several partial goals. The structured and reliable diagnosis task for the constructive characterization of the buildings of old urban centres, their degradation conditions and most significant defects, has allowed the creation of a database of relevant information on the old building stock of this area of the city, that provides, not just direct results from simple queries regarding the buildings, the architecture and other socio-demographic aspects. It also allows supporting other studies, with resource to models and more sophisticated analyses, for which will result indicators and insightful results, as for example, concerning the evaluation of structural safety and building vulnerability. It is also presented results of a in-situ testing campaign to collect further data on the mechanical characterization and behaviour of masonry using flat-jack testing techniques, specifically on the compressive stress state, and other mechanical properties (deformability, compressive strength and Young modulus) fundamental information when analyzing old buildings. In the last decades the evaluation of the seismic risk, just as other natural phenomenon’s, are of rising concern, considered essential in the activity and definition of strategy planning and urban management. The evaluation of the seismic vulnerability of the existent building stock in the perspective of the seismic risk mitigation should not be placed only in relation to the isolated buildings of relevant historical and cultural importance, but also, in relation to the agglomerate of buildings in urban centres. The analysis of building performance in recent earthquakes, has allowed identifying the structural aspects that mainly influences in their vulnerability, and consequently in the occurrence of damage mechanisms. The results of evaluation of the vulnerability will be presented in accordance to a new proposed methodology based on a vulnerability index that consequently allows the evaluation of damage and creation of loss scenarios (economical and human). It will be discussed and evaluated the application of the proposed methodology and its integration in an SIG platform. It was also developed simplified mechanical models, that through an non-linear analysis, evaluate the vulnerability of isolated buildings and building aggregates (group of buildings), discussing aspects associated to he uncertainty in the definition of the structure capacity, and in the identification of the structural performance and response of structures. The results produced are confronted with the methodology based on the vulnerability index. Two numerical models were also developed, with two aims: to analyze different retrofitting and repair strategies and to confront the results produced with the mechanical model. This way it is discussed with different levels of detail, the approaches for vulnerability evaluation, presentation and interpretation of the results, associated necessarily to its operative scale.

Mestrado em Engenharia Civil A construção em adobe no distrito de Aveiro era realizada com base na experiência acumulada, transmitida de geração em geração, e não incluía muitos cuidados associados a exigências funcionais e de conforto compatíveis com as actuais. Urge assim procurar atingir um nível de conhecimento profundo do parque construído em adobe no distrito de Aveiro, nomeadamente no que diz respeito à sua constituição, dimensões, sistemas estruturais, patologias, estado de conservação, com o objectivo de promover a sua reabilitação e reforço. Para tal via, contribui este trabalho, que se divide em três partes. Na primeira parte define-se a estratégia a adaptar, com o desenvolvimento de fichas de inspecção. Na segunda parte testa-se as fichas de inspecção e georreferenciação das construções em adobe em estudo, constituindo uma primeira base de dados em SIG, permitindo uma rápida localização geográfica e consulta de atributos das mesmas. Na última parte analisou-se as patologias encontradas e criou-se outra base de dados a ser uma ferramenta útil para trabalhos futuros. ABSTRACT: In the Aveiro district, the adobe building were prepared based on transmitted experience from generation to generation, and did not include many associated care with functional requirements and compatible comfort with the current. Thus seek to achieve a level of deep knowledge of the built park in adobe in Aveiro district, namely regarding to its constitution, dimensions, structural systems, pathologies, conditions, with the aim to promote their conservation and strengthening. The present work is divided in three parts. The first one, defined the strategy to adapt, with the development of inspection sheets; the second one, the inspection sheets and georeference were testes, providing a first database, GIS, allowing a geographical rapid location and consultation with the same attributes. In the last one, the pathologies found were analyzed and another database was created meant to be a useful tool for future work.

Mestrado em Engenharia Civil Caracterização Construtiva e Patológica de Igrejas e Capelas no Concelho de Estarreja Neste trabalho destaca-se a importância da caracterização e avaliação do estado de conservação de edifícios pertencentes ao Património Cultural e Social do concelho de Estarreja, nomeadamente o seu património religioso. Com recurso a 9 fichas de inspecção desenvolvidas especificamente para a inspecção de edifícios religiosos, procuram-se identificar os principais sintomas patológicos existentes nas Igrejas e Capelas das sete freguesias do concelho de Estarreja, bem como a extensão, e a frequência com que ocorrem. Parte deste trabalho consistiu na observação seguida de registos fotográficos da envolvente interior e exterior de sete Igrejas e dezassete capelas, nas quais se deu particular importância ao estado de conservação das paredes estruturais e não estruturais. Com base nas observações realizadas e com a análise do registo fotográfico, caracterizou-se o estado de conservação de cada elemento que compõe este e tipo de construções. Em cada caso, procurou-se enquadrar o dano observado numa escala de seis categorias de dano, correspondendo o nível zero à inexistência de sinais patológicos e seis a existência de sinais patológicos extensos. O trabalho desenvolvido foi ainda integrado num CD multimédia interactivo que reúne informação detalhada acerca dos edifícios vistoriados e do seu estado de conservação. ABSTRACT: Characterization constructive and pathological of churches and chapels in Estarreja's Municipality In this study highlights the importance of characterizing and evaluating the preservation of buildings belonging to the Cultural and Social Heritage of Estarreja's Municipality, namely its religious heritage. Using 9 inspection sheets specifically designed for the inspection of religious buildings, trying to identify the main pathological symptoms found in churches and chapels of the seven parishes in Estarreja, as well as the extent and frequency with which they occur. Part of this work consisted in the observation followed by photographic records of the environment inside and outside of seven churches and seventeen chapels, which gave particular relevance to the conservation status of structural and non-structural walls. Based on observations, and on the photographic record analysis, the conservation status of each element that composes this type of construction was characterized. In each case, one tried to frame the damage observed on a scale of six damage categories, corresponding to zero the absence of pathological signs and six the existence of extensive pathological signs. The work carried out was still integrated in a multimedia interactive CD, which gathers detailed information about the buildings surveyed and their conservation status.

Mestrado em Engenharia Mecânica A actividade sísmica tem demonstrado, de forma dramática, que a investigação na área da engenharia sísmica deve ser direccionada para a avaliação da vulnerabilidade das construções, geralmente desprovidas de características resistentes adequadas. O seu esforço deve ser direccionado para a redução da vulnerabilidade e do risco para níveis aceitáveis. O estudo e desenvolvimento de novas técnicas e materiais de reforço e de dissipação de energia, orientado para a melhoria do desempenho sísmico de edifícios, tem como principal papel evitar perdas económicas e de vidas humanas. Neste contexto, no trabalho que aqui se apresenta, desenvolve-se um material compósito que por si só possa contribuir para a dissipação de energia e redução da vulnerabilidade das construções. O material estudado resulta da incorporação de um material celular visco-elástico - a cortiça - numa argamassa, visando a construção de paredes de edifícios. Na fase inicial deste trabalho estudou-se a composição do material compósito. Assume-se que a argamassa tem matriz fixa (tipo e quantidade de cimento, aglomerados e quantidade de água) fazendo variar quer a dimensão do granulado de cortiça, quer a sua fracção volúmica, de forma a determinar a influência destes dois factores no comportamento da argamassa. Foram planeados e desenvolvidos ensaios com o intuito de compreender e avaliar algumas características destas argamassas, podendo verificar-se a sua viabilidade e capacidade resistente. Os estudos foram efectuados para idades distintas da argamassa. Após constatar que esta argamassa apresenta valores interessantes e muito razoáveis de resitência, desenvolveu-se uma nova campanha de ensaios com provetes mais representativos, efectuando-se uma análise de características mecânicas como a resitência à compressão, deformação na rotura e módulo de elasticidade inicial. Com base nos resultados obtidos para estas grandezas desenvolveram-se modelos constitutivos para cada composição do material compósito. Para caracterizar o comportamento cíclico do material realizaram-se ensaios que permitiram avaliar o desempenho destas argamassas e da sua aplicabilidade como dissipadores de energia. A capacidade dissipativa foi avaliada determinando o amortecimento equivalente, verificando-se uma tendência clara para a sua melhoria com a aplicação de cortiça. Em cada uma das etapas deste trabalho foram analisados os mecanismos de rotura e os padrões de fendilhação, para melhor compreender o comportamento macroscópico da argamassa em estudo. ABSTRACT: Seismic activity has demonstrated, in a very dramatic way, that engineering investigations on this area must be oriented to the evaluation of the vulnerability of constructions, generally disproved of good resistance capacities. Their effort must be oriented to minimize the vulnerability and risks in an acceptable way. In order to avoid economic and human losses, studies of new techniques and developments on reinforcement and dissipation of energy materials, always with the purpose of improving the seismic response of buildings, must be accomplished. In this contest, in the study here presented, a composite material that can contribute to the dissipation of energy and reduction of the vulnerability of constructions was developed. This material was obtained by incorporating a cellular viscous-elastic material – cork – into mortar, with the purpose to be used in building walls. In the first place the composition of this composite material was studied. It was assumed that de mortar had a fixed matrix (kind and quantity of cement, agglomerate and quantity of water) varying both the cork grain dimensions and its volume fraction, in order to determinate the influence of those two parameters in the behaviour of the mortar. In order to understand and evaluate the characteristics of these mortars, tests were done for mortars with different ages. After realizing that these mortars have very reasonable values for resistance, a new series of tests with more representative specimens was carried out. These tests included the analysis on its mechanical properties (resistance to compression, rupture deformation and initial elastic modulus). With the results that were obtained for these quantities, constitutive models were developed for each composition of the composite material. To characterise the cyclic behaviour of these materials, tests that allowed to evaluate the performance of these mortars and it’s applicability as energy dissipation systems were performed. The dissipation capacity was analyzed by the determination of the equivalent damping. A clear improvement was found using cork. In every step of this work, the rupture mechanisms and cracking patterns were analysed in order to better understand the macroscopic behaviour of the mortar in question.

Mestrado em Engenharia Civil A avaliação do risco sísmico relaciona-se com casualidade, a vulnerabilidade e a exposição. A vulnerabilidade apresenta uma elevada importância ao nível da engenharia sísmica, pois é o factor onde é possível intervir, de forma a reduzir os efeitos de eventos sísmicos, nível de dano, perdas económicas e de vidas. Por outro lado, o desenvolvimento de estudos de vulnerabilidade permitem fornecer elementos para o planeamento e gestão do risco de áreas susceptíveis. Assim sendo, o principal objectivo deste trabalho, foi analisar a vulnerabilidade sísmica do parque habitacional da ilha do Faial. Para tal utilizou-se como base de estudo o sismo ocorrido a 9 de Julho de 1998 no Grupo Central dos Açores que afectou grandemente as ilhas do Faial e Pico. Antes de ser possível uma análise da vulnerabilidade, é essencial caracterizar o objecto de estudo, como tal foi inicialmente elaborada uma base de dados para a caracterização do parque habitacional da ilha do Faial. Verificou-se que o parque habitacional da ilha do Faial é caracterizado por construções tradicionais de alvenaria de pedra, com pavimentos e coberturas em madeira. De forma a perceber os efeitos do sismo de 1998 nas construções tradicionais, foi elaborada uma classificação original do nível de dano e uma posterior análise dos danos observados. Para a análise da vulnerabilidade foi usada uma metodologia de nível II (second level) usada em estudos anteriores. Esta metodologia demonstra elevada aplicabilidade ao nível de grandes regiões ou áreas sem abdicar de um elevado nível de rigor Neste trabalho foram implementadas alterações à metodologia, de forma a avaliar o efeito da componente vertical da acção sísmica, que usualmente se verifica nos eventos sísmicos no arquipélago dos Açores. No parque habitacional da ilha do Faial, verificou-se que o índice de vulnerabilidade é elevado e apresenta uma propensão para o dano, para eventos sísmicos de intensidades moderadamente elevadas. Os resultados da análise da vulnerabilidade juntamente com os elementos da base de dados do parque habitacional forma inseridos numa ferramenta SIG (Sistema de Informação Geográfica) permitindo a representação espacial e elaboração de cenários de danos, para o planeamento e gestão do risco sísmico. ABSTRACT: The seismic risk assessment is related with causality, vulnerability and exposure. Vulnerability is of great importance for seismic engineering, since is the only factor where is possible to intervene in order to reduce the effects of seismic events, the level of damage, economic losses and of lives. Furthermore, the development of vulnerability studies can provide data for risk planning and management of areas with seismic risk. Therefore, the mean purpose of this work was to analyse the seismic vulnerability of the house stock of Faial island. With that purpose was studied the Azores earthquake of 9 July of 1998 which greatly affected the Central group, mainly Faial and Pico islands. Before the vulnerability analysis, was created a database of house stock of Fail island since it is essential to characterize the object of study. It was found that the housing stock of the island of Faial is characterized by buildings of traditional stone masonry with wooden floors and roofs. In order to understand the seismic effects of 1998 in traditional constructions it was created a original classification of the level of damage and also a further analysis of the observed damage. For the vulnerability analysis it was used a second level methodology, used in previous studies. This approach is very useful and has high applicability for large regions or areas. However, in this work there are several modifications to this method, in order to evaluate the effects of the vertical component of the seismic action, which usually occur in seismic events in Azores. We were able to determine that the index of vulnerability is high in Faial house stock and presents a propensity for damage, for seismic events with high intensities. The results of the vulnerability analyses together with the housing stock database were also analyzed with a GIS tool (Geographic Information System), allowing the spatial representation and damage scenarios for the planning and management of seismic risk.

Mestrado em Engenharia Civil As pontes de alvenaria em arco são um testemunho de excelência em engenharia, concepção, método construtivo e carácter estético. Existem inúmeras pontes com esta tipologia, construídas em séculos anteriores, que actualmente desempenham as suas funções adequadamente. Devido ao surgimento de novos materiais, dificuldades na produção de blocos de pedra e na construção em arco, esta solução estrutural foi caindo em declínio. Presentemente urge reabilitar vias e suas passagens, é essencial analisar a viabilidade da construção de novas pontes em alvenaria. Esta tese focou-se nos arcos de alvenaria: o seu comportamento, a sua geometria e os seus materiais, tendo como objectivo desenvolver processos construtivos e formas geométricas que permitissem uma construção significativamente mais rápida, tirando partido das vantagens de uma construção em arcos de alvenaria. Neste estudo foram avaliados três vãos: 4, 9 e 12 metros, de aplicação possível em passagens hidráulicas, agrícolas ou estradas nacionais, utilizando como material principal o betão simples, por razões de durabilidade e resistência à compressão. Foi apreciada a utilização de resíduos da construção no betão com o intuito de contribuir para uma construção sustentável e responsável. Foi dimensionado um arco para cada vão e determinado o número de aduelas por arco que favorecesse o tempo de execução e simultaneamente proporcionasse uma maior simplicidade de aplicação, tendo em conta as necessidades de transporte e movimentação em obra. Foi executado um protótipo da solução de 4 metros de vão à escala real que permitiu identificar dificuldades na aplicação da solução idealizada, levando à proposta de métodos de redução das dificuldades. Este trabalho propõe um sistema de soluções integradas de construção: aduelas pré-fabricadas, métodos de assentamento de blocos e transporte dos mesmos. Pretende-se justificar a viabilidade de construção de pontes em arco recorrendo a métodos de construção simples e de rápida aplicação, contribuindo para a utilização desta tipologia estrutural, com a qualidade e durabilidade que caracterizam as pontes em alvenaria. ABSTRACT: Masonry arch bridges are a fine example of excellence in engineering, conception, construction method and aesthetics. Countless bridges with this typology were erected centuries ago and still perform their duties adequately. Due to the generalized use of new materials, problems with stone block production and complexity of arch building, the use of this structural solution has declined. Presently subsists the need to repair roads and passageways, it’s essential to evaluate the viability of masonry bridge construction. This thesis focused on the masonry arches: behavior, geometry and materials; being the primary purpose of this work the development of construction methods and geometric shape that could contribute to a faster construction with the advantages of the masonry arch structure. Three spans were studied: 4, 9 and 12 meters, which can be used in the construction of hydraulic, rural or national road passageways, using concrete as the key material, chosen for its durability and compressive strength. The use of construction waste in the concrete was considered contributing to a sustainable and responsible construction. For each span, arches and a number of voussoirs were designed so that a faster and simpler construction could be obtained while at the same time taking in account the needs of voussoir transportation to and at the construction site. A prototype for the 4 meter span was built in real scale which made possible the identification of problems in the building with the designed solution which led to the proposal of measures that could reduce the setbacks. This work proposes a system of integrated construction solutions: precast concrete voussoirs, block laying and block transportation methods. It is intended to justify the viability of arch bridges construction by means of new, faster and straightforward building methods while contributing to the use of this structural typology with the quality and durability that characterize masonry arch bridges.

Tese de mestrado. Estruturas de Engenharia Civil. 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Mestrado em Engenharia Civil Milhares de metros quadrados de parede de envolvente externa apresentam problemas de fissuração e instabilidade devido a deficientes e incorrectas condições de apoio do pano exterior. Definiu-se uma campanha experimental para avaliar a eficiência de técnicas de intervenção usadas na reabilitação de fachadas de edifícios em alvenaria de tijolo corrente, especificamente o grampeamento pós-construção (Dryfix e CemenTie da HELIFIX®). Numa primeira campanha realizaram-se ensaios em 120 provetes isolados, preparados com recurso a tijolos novos e a tijolos velhos, isto é, tijolos que já tenham estado expostos a diferentes ciclos de temperatura e humidade e que desta forma já não possuam a integridade das suas características iniciais. Realizou-se uma segunda campanha em provetes-parede com as dimensões de 1,20x1,20m, com o intuito de representar a situação real onde se aplicaram as duas técnicas de grampeamento pós-construção e se efetuaram ensaios de arranque. Assim os objectivos deste trabalho são: i) avaliar as técnicas de reforço em ambiente laboratorial; ii) avaliar a eficiência das soluções em provetes de tijolos novos e de tijolos velhos; iii) avaliar a influência da execução das várias técnicas (forma de colocação das camisas, injecção do grout) sobre os resultados de ensaios de arranque; iv) descrever e catalogar os tipos de rotura e o comportamento de ambas as técnicas. Os resultados de ambas as técnicas são exaustivamente apresentados e discutidos. Neste trabalho verificou-se que a técnica CemenTie é mais eficaz do que a técnica Dryfix, no entanto ambas apresentam resultados compatíveis com a resistência mecânica pretendida. Finalmente é sistematizado um conjunto de conclusões importantes acerca destas técnicas, nomeadamente do protocolo e controlo de qualidade de execução da técnica, bem como a identificação de medidas de melhoria. Thousands of square meters of external masonry enclosure walls present problems of cracking and instability due to incorrect and deficient support conditions of the outer leaf of double leaf wall solutions. An experimental campaign was defined to evaluate the effectiveness of post remedial wall ties as an intervention technique (CemenTie and Dryfix from HELIFIX®) used in the retrofitting of hollowed fired clay brick masonry building facades. A first campaign in order to carry out tests on 120 isolated specimens resorting to new clay bricks and aged bricks, (bricks exposed to different moisture and temperature cycles) which no longer have their initial characteristics. A second campaign was carried out over wallettes built with dimensions of 1.20 by 1.20 m in order to represent a more realistic situation and evaluate slippage effect of the retrofitting solutions. Thus, this experimental work aimed to: i) assess the retrofitting technique in laboratorial environment, ii) to evaluate the efficiency of the retrofitting solution on specimens constituted by new and aged clay bricks, iii) evaluate the influence of different features of the retrofitting technique (sleeve introduction and grout injection) over the pull-out test results, iv) describe and catalogue the types of failure and behavior of both techniques. All results for both retrofitting techniques are thoroughly presented and discussed. In the scope of this research work it was found that the CemenTie technique is more effective than the Dryfix, however both attained results consistent with the desired mechanical strength. Finally, a set of important conclusions, including improvement measures of the protocol and quality control of the retrofitting technique are identified.

Mestrado em Engenharia Civil No decorrer de um sismo as estruturas estão sujeitas a deformações que podem levar os seus elementos estruturais ao estado limite de resistência, obrigando-os a ter um comportamento em regime não linear. A dificuldade da caracterização do comportamento da estrutura em regime inelástico obriga que, em projeto corrente sejam utilizados apenas métodos lineares simplificados. Com o desejo de recorrer efetivamente a métodos não lineares, tem-se vindo a desenvolver um amplo conjunto de alternativas de modelação estrutural. Contudo, a utilização de modelos realistas do comportamento estrutural não linear pode contribuir de forma notável para a verificação e calibração destes modelos numéricos, de forma a caracterizar e ajustar o melhor possível o comportamento dos materiais ou dos elementos modelados à resposta real observada. Neste contexto, é apresentado o principal objetivo deste trabalho, que se baseia na comparação do comportamento de pilares de betão armado com, e sem reforço sísmico sujeitos a ações cíclicas horizontais biaxiais obtido através da modelação numérica, com resultados experimentais. A campanha experimental englobou um conjunto de ensaios cíclicos num total de nove pilares de betão armado. Foram testados dois pilares sem reforço, quatro reforçados com recurso a FRP´s e três com cintagem metálica, com intuito de avaliar a eficiência das intervenções e facultar informações necessárias para a calibração dos modelos numéricos. A ferramenta numérica utilizada na realização deste trabalho foi o programa SeismoStrut v6.5. Esta ferramenta permite avaliar a resposta não linear do comportamento de uma estrutura face a uma ação sísmica, obtendo-se assim, no seguimento deste trabalho, simulações dos comportamentos dos pilares testados na campanha experimental, e posterior avaliação da fiabilidade demonstrada perante os resultados experimentais. Este estudo permitiu verificar um bom desempenho por parte da ferramenta de cálculo na representação do comportamento experimental, principalmente dos pilares reforçados com recurso a FRP´s. Porém, foram encontradas algumas dificuldades, nomeadamente na representação das regras internas de carga e descarga. During an earthquake the structures are subject to deformations that may lead his structural elements to resistance limit state, forcing them to have a behaviour in nonlinear regime. The difficulty in characterizing the behaviour of the structure in inelastic regime requires that only be used in current project simplified linear methods. With propose to use nonlinear methods, there has been developing a large pool of structural modelling alternatives. However, the application of realistic models of the non-linear structural behaviour might contribute notably for the examination and calibration of these numeric models, by adjusting as best as possible the materials behaviour or the elements modelled to the real response observed. In this context, the main objective of this work, which is based on comparison of the behaviour of seismic strengthened and non-strengthened RC columns under bidirectional horizontal loads obtained by numerical modelling with experimental results. The experimental testing campaign comprised a set of cyclic tests on nine RC columns. Two pillars unreinforced, four strengthened with FRP and three with steel jacketing were tasted, in order to evaluate the effectiveness of interventions and provide information for the calibration of numerical models. The software used in this work was SeismoStruct v6.5. This software allows to evaluate the non-linear response of a structure behaviour face a seismic load, thus obtaining, following this work, simulations of the pillars behaviour tested in the experimental testing campaign, and after that evaluation of the reliability demonstrated in front of the experimental results. This study showed a good performance of software in the representation of experimental behaviour, mainly of RC columns strengthened with the using FRP's. However, were found some difficulties, namely the representation of the internal rules of loading and unloading.

Mestrado em Engenharia Civil Nos dias de hoje, os engenheiros estão cada vez mais à procura de novos materiais que permitam prolongar a vida das estruturas existentes permitindo, ao mesmo tempo, a concepção e construção de novas estruturas duradouras. Os polímeros reforçados com fibras (FRP’s – Fiber Reinforced Polymer) são uma nova classe de materiais leves, de alta resistência, não corrosíveis e com inúmeras vantagens em relação aos materiais convencionais para aplicação na área estrutural. Assim, dada a grande importância destes novos materiais e a necessidade de criar códigos que permitam o controlo da sua aplicação, na presente dissertação estudaram-se os documentos propostos pela fib, pelo ACI e pelo CNR. Numa primeira fase fez-se uma pesquisa bibliográfica sobre os produtos (materiais), técnicas e soluções de reforço estrutural e controlo de qualidade do reforço com FRP’s, fazendo-se para cada um destes pontos uma confrontação das recomendações, normas e guidelines existentes a fim de saber qual o grau de abordagem de cada uma acerca dos mesmos. Numa fase seguinte aplicou-se cada uma das metodologias de cálculo propostas pelos documentos analisados a uma viga teórica com necessidades de reforço à flexão e ao corte devido a um aumento de esforços provocado pelo aumento da sobrecarga em quatro vezes. Procedeu-se da mesma forma em relação a um pilar teórico inserido num edifício de habitação de 5 pisos, cuja necessidade de reforço surgiu devido a não ter sido calculado ao sismo. Por fim, para uma viga teórica fez-se uma análise paramétrica variando o momento reduzido da secção, o número de camadas de reforço e a sua disposição de aplicação no elemento a fim de perceber qual a sensibilidade e as modificações resultantes para cada um dos documentos aplicados. Desta análise pode-se concluir que o reforço é mais eficaz quando aplicado a par, sendo as soluções obtidas pelo documento da fib as mais viáveis. ABSTRACT: Nowadays engineers are increasingly looking for new materials that permit extend the life of existing structures while at the same time, permit the conception and construction of new durable structures. The fiber reinforced polymers (FRP’s) are a new class of lightweight, high strength, non corrosive and with numerous advantages over conventional materials for application in the structural area. Thus, given the importance of these new materials and the need to create codes that allow the monitoring of its implementation, in this dissertation we studied the documents proposed by the fib, the ACI and the CNR. In a first step, we was done a bibliographic research about the products (materials), structural reinforcement techniques and solutions and quality control of FRP’s reinforcements, making up for each of these points a comparison of existents recommendations, standards and guidelines in order to know the degree of approach of each one about them. In a next step, we was applied to each of design methods proposed by the analyzed documents to a theoretical beam who need flexural reinforcement and shear reinforcement due to an increase of forces caused by the increased overhead four times. We was proceeded similarly in relation to a theoretical pillar inserted in a residential 5 floor, whose reinforcement necessity was given because it was not calculated to the earthquake. Finally, for an theoretical beam we was don an parametric analysis varying the reduced moment of the section, the number of reinforcement layers and their application disposal in the element to find out the sensibility and the resulting changes for each one of applied documents. From this analysis we can conclude that the strengthening is most effective when applied together and the solutions obtained by the fib document are the most viable.

Mestrado em Engenharia Civil A edificação tradicional portuguesa quase sempre contou com asnas de madeira como alicerce principal nas suas coberturas. Com o crescente interesse na reabilitação de edifícios antigos, o estudo das asnas tradicionais de madeira torna-se de elevada importância. Com esta dissertação pretende-se apresentar formas de avaliar o estado de degradação e capacidade resistente de asnas de madeira, que se revelem de grande utilidade no âmbito da reabilitação de edifícios. Como objecto de estudo teve-se acesso a duas asnas tradicionais de madeira, que foram avaliadas através de métodos de ensaio não destrutivos. Criou-se um modelo numérico das asnas de forma a analisar o seu comportamento estrutural. Com base neste modelo estudaram-se duas técnicas de reforço possíveis de aplicar em asnas de madeira, tentando contribuir-se, desta forma, para uma maior oferta de estudos que apoiem a conservação e reabilitação de coberturas antigas. The traditional Portuguese buildings often had wooden trusses as primary foundation in their primary coverage. With the growing interest in the rehabilitation of old buildings, the study of traditional wooden trusses becomes highly important. This thesis aims to provide ways to assess the state of degradation and bearing capacity of wooden trusses, which may prove useful in the rehabilitation of buildings. As the subject of study has been given access to two traditional wooden trusses, which were evaluated using non-destructive analysis methods. A numeric model of the trusses has been created in order to study their structural behavior. Based on this model two possible reinforcement techniques to apply in wooden trusses were studied, contributing this way for a greater range of studies that support the conservation and rehabilitation of elderly roofs.

Dissertação de mestrado em Structural Analysis of Monuments and Historical Constructions, Earthen materials have been used in construction since thousands years and several authors estimated that around one third of the world population lives in earth constructions. In Aveiro region the adobe masonry was used as load bearing element in numerous dwellings. The low cost and availability of material were factors that contributed to the selection of this constructive system. Nowadays, an important amount of these dwellings are being under rehabilitation processes and in many cases the entities involved do not preserve the adobe masonry as load bearing due to an absence of information on adobe masonry properties and behaviour. A mechanical characterization of adobe specimens and adobe masonry prisms was developed using adobe samples collected from existing buildings in order to evaluate the shear, tensile and compressive fracture energy and mechanical properties of the unit-mortar joint. The methodology used to the preparation of samples, tests set up and the experimental procedures from the different tests carried within this research are presented. With the aim of characterize the behaviour of adobe specimens and prisms when subjected to uniaxial tensile loads tests were realized. From those tests it was possible to conclude that In the case of specimens the size effect of the aggregates can highly contribute to the dispersion of results and for the prisms the interface between the two blocks is obviously the weaker part of the structure. From the campaign of compressive load tests to adobe specimens and prisms, developed with the aim of the characterization of the compressive behaviour of adobe it was possible to conclude that compressive strength of prisms presents a lower dispersion and higher mean value than the results obtained for the adobe specimens. The compressive fracture energy presents a higher coefficient of variation in the case of adobe specimens. The experimental campaign to characterize the shear behaviour of adobe specimens and adobe prisms with hydraulic lime mortar joints permits to infer the existence of a weaker interface in prisms rather than in specimens. This weaker interface is ruling the behaviour of the samples when submitted to shear loads with a normal compression. The experimental research on the behaviour of adobe specimens and prisms with a mortar joint is an innovative approach to the characterization of this material., Materiais compostos por solos são utilizados na construção à vários milhares de anos e vários autores estimam que aproximadamente um terço da população mundial viva em construções realizadas com estes materiais. Na região de Aveiro a alvenaria de adobe foi usada como elemento portante em enumeros edifícios. O baixo custo e a disponibilidade de material foram fatores que contribuíram para a escolha deste sistema construtivo. Hoje em dia, uma quantidade importante de essas moradias está em processo de reabilitação e em muitos casos, as entidades envolvidas não preservam a alvenaria de adobe como estrutura portante devido à ausência de informação sobre as propriedades e comportamento da alvenaria de adobe. A caracterização mecânica realizada efectuou-se em carotes de adobe e prismas de alvenaria de adobe, usando amostras recolhidas de um edifício existente, com a finalidade de avaliar a energia de fractura ao corte, tracção e compressão e propriedades mecânicas da ligação unidade-argamassa. A metodologia utilizada para a preparação de amostras, procedimentos experimentais e configuração dos ensaios são apresentados neste trabalho. Realizaram-se testes com o objectivo the caracterizar o comportamento mecânico de carotes de adobe e prismas de alvenaria de adobe quando sujeitos a forças de tracção uniaxial. De estes testes foi possível concluir que no caso de carotes o efeito do tamanho dos agregados pode ter um importante contributo na dispersão dos resultados obtidos, enquanto que no caso de prismas de alvenaria a interface entre os dois blocos é a parte mais frágil da estrutura. Da campanha de ensaios de compressão em carotes e prismas de alvenaria de adobe desenvolvido com o objectivo de caracterizar o comportamento do adobe em compressão foi possível concluir que a resistência à compressão de prismas de alvenaria apresenta uma menor dispersão de resultados e um valor médio mais elevado que os valores obtidos para carotes de adobe. A energia de fractura em compressão apresenta um maior coeficiente de variação no caso de carotes de adobe. A campanha experimental para caracterizar o comportamento ao corte em carotes prismas de alvenaria de adobe com uma junta em argamassa de cal hidraulica permite inferir a existência de uma fraca interface entre as duas superfices submetidas ao corte. Esta interface mais fraca rege o comportamento dos prismas quando submetidos a forças de corte com compressão na direcção normal. Esta investigação experimental no comportamento de carotes e prismas de alvenaria de adobe com junta de argamassa é inovador na caracterizaçao de adobe.

Assessment of existing buildings making use of numerical simulation methods, even under the hypothesis of full knowledge of current conditions and materials, it is not an easy and straightforward task due to the limitations and complexities of such analysis tools. In this chapter, a discussion of different approaches for the simulation of structural response is introduced and applied to two of the most common building typologies: masonry structures and reinforced concrete frames. Following a brief introduction of the problematic, an overview of different modelling possibilities for masonry structures is presented. Afterwards, choices made during numerical modelling are discussed, based mainly on the finite element method. Moreover, the problematic of different modelling techniques is addressed, where some paths and best practices are suggested. The last section is devoted to the response simulation of reinforced concrete structures. Efficient frame elements and sectional models, which allow capturing an extended range of elastic and inelastic response, are analysed first. Strut-and-tie modelling is then recalled as a powerful analysis tool, and its application to the assessment of old buildings is studied.

Submitted by Patrícia Correia (patriciacorreia@ua.pt) on 2018-12-17T16:09:19Z No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 4470210 bytes, checksum: 6c258eeab684bc14134187cbaac83e33 (MD5) Made available in DSpace on 2018-12-17T16:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 4470210 bytes, checksum: 6c258eeab684bc14134187cbaac83e33 (MD5) Previous issue date: 2018 This research has been funded with the support of the European Commission. This publication reflects the view only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein - ELARCH program (Project Reference number: 552129-EM-1-2014-1-IT-ERA MUNDUS-EMA21) Programa Doutoral em Engenharia Civil

Doutoramento em Engenharia Civil Submitted by Bella Nolasco (bellanolasco@ua.pt) on 2015-03-26T18:38:51Z No. of bitstreams: 1 avaliação da vulnerabilidade sismica de estruturas esbeltas de alvenaria.pdf: 3570406 bytes, checksum: 2ef0f3772d4f04daf86f4f5627f524d6 (MD5) Made available in DSpace on 2015-03-26T18:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 avaliação da vulnerabilidade sismica de estruturas esbeltas de alvenaria.pdf: 3570406 bytes, checksum: 2ef0f3772d4f04daf86f4f5627f524d6 (MD5) Previous issue date: 2014

Mestrado em Engenharia Civil Em Portugal, a maioria das edificações antigas possuem asnas de madeira como elemento de suporte das suas coberturas. Com o avançar do tempo, é normal que a madeira constituinte dos elementos da cobertura comece a perder algumas das suas propriedades resistentes, não sendo no entanto necessária a sua completa substituição. Procura-se com este trabalho aumentar o conhecimento relativo ao comportamento de asnas antigas de madeira fornecendo dados que auxiliem Projectistas e Engenheiros na definição do tipo de intervenção necessária. Para efectuar este estudo, realizou-se um ensaio de carga cíclico no qual se levou uma asna antiga de madeira à rotura. Depois de tratados e analisados os dados do ensaio, estes foram reproduzidos através de um modelo numérico, com vista a ter uma resposta concreta acerca das zonas mais frágeis de uma asna, tendo assim a resposta acerca da localização das zonas a reforçar. Com o presente trabalho, torna-se mais fácil e expedita a escolha de um tipo de reforço efectivo e eficaz, que consiga aumentar a longevidade das coberturas das edificações antigas portuguesas. ABSTRACT: In Portugal, most of the old constructions have traditional timber trusses as support element of the roof structure. With the advancing of time, it is normal that the timber elements of the roof structure begin to lose some of their resistant properties, however it is not necessary the complete substitution of the entire roof structure. It is tried with this work, to increase the knowledge about the behavior of the old timber trusses, in order to supply important data to Designers and Engeneers in the definition of the proper reinforcement intervention type to use. To do this study, a cyclical load test was carried out, where the timber truss was taken to failure. The results of the load test were analysed carefully and were reproduced through a numerical model in order to have a sharp answer about the truss behaviour and to know the exact location of the crucial zones of the truss to reinforce. With the present work, it becomes easier to make the choice of the type of an effective and efficient reinforcement to use, which manages to increase the longevity of the roof structures of the old Portuguese constructions.

Mestrado em Engenharia Civil A avaliação da vulnerabilidade e o reforço de edifícios existentes de betão armado, nomeadamente face à sua segurança à ação sísmica, é um tópico de elevada importância e premência, tal como comprovado nos recentes sismos ocorridos por todo mundo, e particularmente em países do sul da Europa. Assim, reconhece-se que deve dar-se atenção à investigação na área da análise e reforço das construções existentes. Algumas soluções arquitetónicas adotadas até aos anos 70, combinadas com a prática naquele período do projeto estrutural, e particularmente no simplificado ou inexistente cálculo sísmico, fizeram com que muitas dessas estruturas tenham associada uma vulnerabilidade elevada, podendo sofrer danos consideráveis se solicitadas por um sismo. O objetivo deste trabalho é o estudo de várias soluções de reforço para edifícios existentes de betão armado, particularmente edifícios com comportamento potencialmente condicionado pelos mecanismos tipo soft-storey. Foram estudados duas estruturas de edifícios de betão armado, representativas de algumas famílias de edifícios existentes em países do sul da Europa. Para ambas as estruturas estudaram-se dois cenários, num deles considerou-se a existência de painéis de alvenaria de enchimento em todo o edifício excetuando ao nível do piso térreo, e noutro considerou-se a inexistência de paredes de alvenaria em todo o edifício. Desta forma estuda-se a influência, já comprovada em trabalhos anteriores, dos painéis de alvenaria na resposta dos edifícios à ação sísmica. A ferramenta numérica utilizada neste trabalho para a simulação do comportamento dos edifícios é o programa SeismoStruct. Foram realizadas análises não-lineares, estáticas e dinâmicas, para a avaliação do comportamento desses edifícios face às ações sísmicas. Foram implementadas nos modelos numéricos diferentes soluções de reforço, nomeadamente: o encamisamento de pilares recorrendo ao betão armado, a adição de paredes resistentes de betão armado, a introdução de contraventamentos metálicos e contraventamentos metálicos com dissipadores de energia. Os resultados das análises da resposta dos edifícios reforçados são confrontados com os respetivos resultados das estruturas originais, deduzindo-se sobre a melhoria do desempenho estrutural com cada tipo de reforço estudado. The assessment of vulnerability and retrofit of existing buildings, particularly in what concerns to their seismic safety, is a topic of high importance and emergency, as evidenced by the recent earthquakes around the world, particularly in countries of southern Europe. Thus, it is recognized that attention should be given to research in the theme of analysis and strengthening of existing buildings. Some architectural solutions adopted in decade of 1970, combined with the practice at that time of the structural design, and particularly in simplified or nonexistent seismic calculation, made many of these structures have an associated high vulnerability, and may suffer high damages if requested by an earthquake. The objective of this work was to study different solutions to improve seismic safety of existing reinforced concrete buildings, particularly with potentially soft-storey mechanism. Two reinforced concrete buildings, representing existing buildings in southern of Europe have been study. For both buildings it was studied two scenarios, one of them considered the presence of masonry infill panels in entire building except the ground floor, and another considered the absence of masonry infill panels throughout the building. It was observed the influence, already proven in previous works, of the masonry infill panels in seismic response. The numerical tool used in this work to simulate the behavior of buildings is the program SeismoStruct. Nonlinear analyses, static and dynamic, have been tested to evaluate the behavior of these buildings against seismic actions. Different retrofit techniques have been tested, namely: reinforced concrete jacketing, addition of reinforced concrete shear walls, addition of steel bracings and addition of steel bracings with energy dissipation systems. The results of the response of reinforced buildings are faced with the respective results of the original structures, deducting about the structural performance of each type of retrofit technique studied.

Hakka Tulous are massive circular earth constructions of the Fujian Province, China, included in the UNESCO World Heritage list. They are subjected to earthquakes of medium magnitude, but their response to the seismic action is not yet investigated in depth. The seismic response of Fujian Tulous was herein investigated through pushover analysis modelling the Tulou structure by finite elements. Although the Tulou is a big construction with a circular earth wall of about fifty meters in diameter, a micromechanical approach was used to model the earth nonlinear behaviour. Even if no binder is added to the earthen material, the Concrete Damaged Plasticity model can be adopted and has shown to be effective in modelling its nonlinear behaviour, as well as the nonlinear response of the Tulou earth wall. Performing pushover analysis of a big earth structure using a micromechanical approach seems to give reliable results, that must be proved by future research.

Mestrado em Engenharia Civil O presente trabalho estuda as características dinâmicas de estruturas de engenharia civil com diferentes tipologias por intermédio de avaliação experimental. O interesse desta avaliação reside na validação de modelos numéricos utilizados na análise dos efeitos provocados pelas ações a que, normalmente, essas estruturas estão sujeitas, ou seja, ações ambientais como o vento ou o tráfego de veículos e/ou pessoas, bem como na caraterização global do estado das mesmas, uma vez que esse estado está diretamente relacionado com as suas propriedades dinâmicas. Nos últimos anos, tem-se constatado um grande interesse nas técnicas de identificação modal baseadas na análise da resposta das estruturas às ações referidas anteriormente, como forma de caraterizar dinamicamente as estruturas. Este facto deve-se ao aperfeiçoamento de métodos de identificação modal apropriados e ao avanço observado nas tecnologias dos transdutores de medição de resposta de estruturas, dos sistemas de aquisição de dados e dos meios informáticos. Visto que se pretende estudar estruturas com diferentes tipologias, foram selecionados quatro casos de estudo. São eles: a casa de adobe do Laboratório do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, escolhida por ser uma estrutura constituída por um material típico da região de Aveiro e pela sua construção à escala real; o depósito de água da Universidade de Aveiro, eleito por ser construído, na sua maioria, em betão armado, por ser uma boa representação de uma estrutura com 1 grau de liberdade e pelo facto de ter vindo a ser estudado ao longo do tempo; o depósito de água de Serém de Cima, por ser uma estrutura representativa da maioria dos depósitos de água do país e ter paredes de alvenaria de enchimento, permitindo assim demonstrar o efeito que estas podem ter na resposta de uma estrutura a uma ação externa, seja ambiental, sísmica ou outra; e finalmente, a ponte pedonal da Universidade de Aveiro, selecionada por ter vindo também a ser avaliada ao longo do tempo e apresentar particularidades interessantes quando comparada com outras pontes. Para cada caso de estudo foram desenvolvidos modelos numéricos partindo de informação previamente obtida e de medições realizadas no local. Terminada esta etapa, procedeu-se a uma análise preliminar dos respetivos modelos de modo a se conseguir definir os tipos de setup a utilizar numa avaliação experimental. Uma vez estabelecidos os setups, prosseguiu-se para a avaliação experimental, onde foi realizado um ensaio dinâmico de vibração ambiental, cujos dados foram devidamente processados de modo a obter as frequências naturais e respetivas deformadas modais da estrutura. Com estes resultados calibraram-se os modelos numéricos para que representem com rigor a resposta dinâmica da estrutura. Para cada estrutura foram ainda realizados estudos paramétricos com o objetivo de estudar a influência dos diferentes parâmetros nas características dinâmicas. The present work studies the dynamic characteristics of civil engineering structures with different typologies through experimental evaluation. The interest of this evaluation involves the validation of numerical models, as well as for the global characterization of their structural characteristics. In recent years, a great interest has been given to the modal identification techniques based on structural response, in order to obtain the dynamic properties the structures under study. This is possible due to the development of appropriate methods of modal identification and advancement of technology related with the transducers for measuring structural dynamic responses, data acquisition systems and computer. The present study intend to analyse structures with different typologies. The selected case studies are: the adobe house of the Civil Engineering Laboratory of Department at University of Aveiro, chosen for being a structure composed for a typical material of the region of Aveiro and yet to have been built at full scale; the elevated water reservoir of the University of Aveiro, choose by be built, mostly, in reinforced concrete, to be a good representation of a structure with 1 degree of freedom and in that it has been studied over time; the elevated water reservoir at Serém de Cima, being a representative structure of most elevated water reservoirs of the country and contain masonry walls, allowing demonstrate the effect that the masonry can have in structure’s response to an external action, whether environmental, seismic, or other; and finally, the pedestrian bridge at University of Aveiro, chosen to has also been evaluated over time and present interesting peculiarities compared with other bridges. For each case study, numerical models have been developed. Completed this stage, a preliminary analysis of the respective models is performed to define the types of setup to be used in the experimental evaluation. The experimental evaluation, in which a dynamic ambient vibration test was carried out, and the data was properly processed to obtain the natural frequencies and the respective modal shapes of the structure. With these results the numerical models were calibrated to accurately represent the dynamic response of the structure. For each structure parametric studies were also developed with the aim of studying the influence of different parameters on the dynamic characteristics.