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Modelação de Propagação de Ondas – Dynamic Behaviour of Soil in True Triaxial Apparatus

Apresentação

Foi na FEUP que no passado dia 17 de julho de 2014. a candidata Ana Rita Silva apresentou o seu trabalho de mestrado com o título “Numerical Modelling of the Dynamic Behaviour of a Soil in True Triaxial Tests with Bender Elements”, relacionado com a modelação de propagação de ondas. O arguente foi o Prof. Erdin Ibraim da Universidade de Bristol. A Presidente do júri foi a Prof. Joana Sousa Coutinho, sendo a equipa de orientadores formada pela Prof. Cristiana Ferreira e por mim, João Rio. Note-se que embora a apresentação tenha sido feita em Português para beneficio da assistência, a tese e a arguência foram realizadas em inglês.

Ana Rita Silva a Apresentar

O trabalho da Ana Rita foi feito no seguimento e junção dos trabalhos de doutoramento da Cristiana Ferreira (tese), e do João Rio (tese), em que o FLAC3D da Itasca foi utilizado para modelar a propagação de ondas geradas e recebidas por Bender Elements.

Modelação de Propagação de Ondas

O comportamento dinâmico de um solo depende das suas propriedades inerentes, nomeadamente rigidez, índice de vazios, estado de tensão, anisotropia, heterogeneidade, estrutura natural, fábrica, condições de saturação, entre outras.
É precisamente este comportamento que se pretende estudar para o caso do solo residual de granito do Porto, um material geotécnico com um comportamento mecânico complexo. Para esse fim, foi efetuada uma investigação experimental detalhada, em condições verdadeiramente triaxiais com medição das velocidades das ondas sísmicas por meio de bender elements e tendo em consideração trabalhos anteriores relacionados com a caracterização geomecânica destes solos, bem como a natureza particulada dos solos em geral.

Aparatus verdadeiramente triaxial

Em complemento a essa investigação e no âmbito deste trabalho, procedeu-se à modelação numérica do comportamento desse solo, em condições tridimensionais, num programa de diferenças finitas, nomeadamente o FLAC3D, através de um modelo inspirado no equipamento verdadeiramente triaxial, anteriormente utilizado, cujas vantagens principais residem na sua simplicidade, versatilidade e possibilidade de medição direta das velocidades das ondas sísmicas, não apenas nas três direções principais, mas também em direções inclinadas.
Este estudo implica o estabelecimento e definição do modelo numérico do equipamento, bem como a implementação de bender elements nas suas faces, de modo a avaliar a influência da geometria cúbica, das condições fronteira (paredes rígidas versus flexíveis) e do estado de tensão tridimensional na medição e interpretação das ondas sísmicas, com vista à validação dos parâmetros de rigidez obtidos experimentalmente.

FLAC3d Numerical Model

Para este fim, foi efetuada uma série de estudos paramétricos e de sensibilidade, considerando o modelo constitutivo elástico linear, com carregamento isotrópico, no programa previamente mencionado, de modo a avaliar a influência de cada parâmetro na modelação do equipamento verdadeiramente triaxial, bem como os valores mais adequados para a sua correcta validação. Estes parâmetros são: time step, amplitude, freqência, amortecimento, coeficiente de Poisson e, finalmente, condições-fronteira e o modelo constitutivo transversalmente isotrópico ou anisotrópico (de anisotropia cruzada). Finalizados estes estudos, procedeu-se à comparação e validação dos resultados numéricos com os resultados laboratoriais previamente obtidos por Ferreira (2009), relativamente a amostras de solos residuais de granito do Porto. Por restrições de tempo, apenas houve possibilidade de estudar as amostras secas (w ≈ 0%), nomeadamente, R8D-TT e R4D-K0TT.

Apresentação molde instrumentado para ensaios não-destrutivos em betões nas primeiras idades

No passado dia 11 de Julho de 2013, o aluno/candidato Hugo Caetano fez a apresentação e defesa da sua tese intitulada “Ensaios Não-Destrutivos para a Caracterização de Materiais Cimentícios nas Primeiras Idades” na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, FEUP.

Hugo Caetano a apresentar tese de mestrado sobre molde instrumentado.

A tese foi orientada por João Rio, co-orientada pela Prof. Sandra Nunes, arguida pela Prof. Carla Costa do ISEL, fazendo ainda parte do júri, como presidente, a Prof. Elsa Caetano. O trabalho foi desenvolvido no seio da unidade de investigação LABEST, para o projeto FCT PTDC/ECM/122446/2010 Betofibra – Betões de elevado desempenho reforçado com fibras em soluções inovadoras: concepção, caracterização e controlo de qualidade, link FCT, link FEUP, link LABEST.

Ensaios não destrutivos para a caracterização de materiais cimentícios nas primeiras idades slideshare from Hugo_Caetano

RESUMO

O principal objetivo deste estudo experimental passou por conceber, construir, testar e utilizar um molde instrumentado com capacidade para avaliar a evolução da temperatura, resistividade e ultrassons na hidratação do cimento em pastas, argamassas e betões, correntes e de elevado desempenho, durante as primeiras idades, ie, até às 48 horas. Nesse sentido, após um estudo prévio do estado da arte foi possível realizar um molde instrumentado com capacidade de registar a evolução da temperatura de forma contínua e automática, e que permitiu registar a evolução da resistividade e de ultrassons de forma discreta e indireta, através da ação de um operador mas mantendo provete em condições isolado e em condições estáveis de cura.

Molde instrumentado com set-up de ensaios, da tese de Hugo Caetano

O processo de desenvolvimento do equipamento começou pela construção de um primeiro protótipo que mostrou capacidade de reproduzir já os resultados pretendidos. No entanto, devido ao uso de materiais e técnicas menos adequadas, como se veio a constatar, acabou por revelar uma acentuada degradação após os dois primeiros ensaios. Teve-se oportunidade de proceder à construção de um segundo protótipo de molde instrumentado, em que foram incorporadas as lições técnicas de utilização aprendidas entretanto.

Evolução da temperatura nas primeiras 48h e respetivos inícios de presa pelo Vicat, da tese de Hugo Caetano

Neste segundo molde eliminaram-se as limitações manifestadas pelo primeiro protótipo apresentando maior robustez e facilidade de montagem, utilização e desmontagem. Perante o sucesso aparente do segundo protótipo, foi decidido construir mais três moldes instrumentados equivalentes.

Com a disponibilidade de quatro moldes instrumentados equivalentes, foi aumentado o âmbito do trabalho de forma a incluir um número de estudos paramétricos, nomeadamente: relação água/cimento, quantidade de agregado do tipo areia, presença, tipo e concentração de fibras. Foi ainda realizado um estudo da evolução de cura de um betão auto-compactável de elevado desempenho, com fibras, do interesse do já mencionado projeto de investigação Betofibra.

Este documento apresenta o processo de desenvolvimento dos moldes instrumentados, assim como os resultados de um estudo de preliminar e dos estudos paramétricos. Com base nos resultados obtidos ao longo desta campanha experimental, constatou-se que os últimos quatro moldes instrumentados revelaram ser consistentes entre si e ter capacidade de permitir a realização de ensaios não destrutivos que se mostrou terem sensibilidade suficiente às diferenças introduzidas nos vários estudos paramétricos.

Ligações Externas

Página da tese no sítio da FEUP, ligação;

Avaliação orientação de fibras em BEDRF por técnicas não destrutivas, ASCD2013

No dia 28 de Junho, o colega, e primeiro autor, Diogo Azevedo apresentou o trabalho “Avaliação da orientação de fibras em BEDRF através de técnicas não destrutivas” no 3º Congresso Nacional sobre Segurança e Conservação de Pontes – ASCP2013; e cujos restantes autores foram Filipe Ribeiro, Adriano Carvalho, eu João Rio e Sandra Nunes.
O artigo é fruto do trabalho desenvolvido no seio da unidade de investigação LABEST, para o projeto FCT PTDC/ECM/122446/2010 Betofibra – Betões de elevado desempenho reforçado com fibras em soluções inovadoras: concepção, caracterização e controlo de qualidade, link FCT, link FEUP, link LABEST.
A apresentação e o artigo apresentam alguns resultados iniciais de vários ensaios por métodos não destrutivos (NDT) para avaliar a distribuição e orientação de fibras numa laje de BEDRF. Foram aplicadas as técnicas dos ultrassons, resistividade eléctrica e indutância elétrica e foi avaliado o desempenho de cada ensaio por si, assim como o seu desempenho relativamente aos restantes. Os resultados indicam preliminarmente que os três métodos de ensaio se mostraram sensíveis à distribuição e orientação das fibras com destaque para a indutância elétrica.

Mapas de permeabilidade magnética segundo 2 direções ortogonais de placa de betão para avaliar orientação de fibras

Descrição

O Betão de Elevado Desempenho Reforçado com Fibras (BEDRF) é encarado como uma extensão de três materiais conhecidos, nomeadamente, o Betão de Elevado Desempenho, o Betão Reforçado com Fibras e o Betão Auto-Compactável. Caracteriza-se pela sua elevada resistência mecânica, o comportamento dúctil potenciado pela inclusão de fibras, baixa relação água/cimento, grande densidade de empacotamento, elevada resistência à penetração de agentes agressivos e grande durabilidade. O seu elevado custo dificulta uma utilização generalizada em estruturas correntes, no entanto, estes betões especiais podem ser competitivos em estruturas com necessidades específicas, como por exemplo, peso reduzido, rapidez de construção ou resistência a agentes agressivos. A utilização do BEDRF em elementos pré-fabricados permite evitar/reduzir o uso de armaduras ordinárias devido à resistência à tracção conferida pelas fibras de aço, o que conduz a elementos mais delgados e leves. No que se refere à reparação/reabilitação, o BEDRF aplicado em camadas finas (com ou sem armadura) permite substituir camadas carbonatadas e/ou fissuradas por uma nova camada muito resistente e impermeável.
A distribuição homogénea das fibras bem como a orientação das mesmas no elemento de BEDRF são questões com grande relevância para o desempenho estrutural. Neste trabalho, foram realizados vários ensaios por métodos não destrutivos (NDT) para avaliar a distribuição e orientação das fibras numa laje de BEDRF. Foram aplicadas as técnicas dos ultra sons, resistividade eléctrica e indutância elétrica e foi avaliado o desempenho de cada ensaio por si, assim como o seu desempenho relativamente aos restantes.

RESULTADOS RELEVANTES

De modo a assegurar as propriedades de auto-compatibilidade, exigiu-se que a composição de referência (sem fibras) exibisse um diâmetro de espalhamento (Desp) próximo dos 300 mm, seguindo as conclusões alcançadas por Naaman [2010]. Nos ensaios aqui apresentados utilizou-se uma composição com 3% de fibras de 6 mm de comprimento na betonagem de um provete de dimensões 1000x500x25mm3. Foi tentada uma orientação preferencial das fibras ao verter o betão fresco a partir de uma das extremidades do molde, de forma a fluir ao longo do mesmo.
Os menores tempos de viagem das ondas P e maiores valores da permeabilidade magnética medidos na direção longitudinal em comparação com a direcção ortogonal apontam para uma orientação preferencial das fibras na direção longitudinal da placa. Isto vem confirmar que é possível orientar as fibras ao longo da direcção do fluxo de betonagem, quando se usa um betão auto-compactável. Para além disso, os ensaios não-destrutivos apontam para uma menor concentração de fibras na zona mais afastada da origem do fluxo de betão, tal como indicado pelos resultados da resistividade.

CONCLUSÕES

Os ensaios não destrutivos realizados neste trabalho permitiram identificar com sucesso heterogeneidades no material do provete. Aparentemente há uma menor concentração de fibras na zona mais afastada da origem do fluxo de betão, como indicado pelos resultados da resistividade e da indutância elétricas na extremidade direita. Os ensaios com ultra-sons mostraram ser menos sensíveis a esta suposta heterogeneidade. Quanto à orientação das fibras, o ensaio de indutância eléctrica demonstrou ser o mais sensível de todos observando-se permeabilidades magnéticas mais elevadas na direção 0º.
Estas conclusões têm uma natureza preliminar e só poderão ser completamente confirmadas através de ensaios mecânicos dos segmentos da placa. Está previsto realizar-se uma análise comparativa da distribuição das fibras e respectiva orientação por meio de técnicas destrutivas. A resistência à tracção do material vai ser avaliada, tanto na direção longitudinal como na direção transversal à orientação preferencial das fibras, com o objectivo de a correlacionar com a informação fornecida anteriormente sobre a distribuição das fibras e a sua orientação.

Referência:

1. Azevedo, D., Ribeiro, F., Carvalho, A., Rio, J. & Nunes, S. Avaliação da orientação das fibras em BEDRF através de técnicas não destrutivas. ASCP 2013 Segurança. Conservação e Reabilitação de Pontes III_271–280 (2013).

Semana Profissão Engenheiro FEUP

Capa do artigo na Forum Estudante de Abril 2013

No dia 12 de Março, tiveram lugar as atividades da Semana Profissão Engenheiro na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, para estudantes do ensino secundário.

Os alunos da semana Profissão Engenheiro passaram por várias actividades divididas diferentes percursos, dois dos quais incluíram a actividade proposta: i) construir um mundo novo e ii) percurso monotemático de engenharia civil. Estas actividades foram acompanhadas pela Foru m Estudante, tendo saído um artigo na revista de Abril 2013: link.

Os grupos de estudantes do secundário assistiram a 7 atividades interativas de diferentes áreas da engenharia, desde Civil até ao mundo da robótica. O percurso teve início no Laboratório de Tecnologia do Betão e do Comportamento Estrutural, LABEST, onde os alunos do secundário participaram numa atividade, ligada à Engenharia Civil. O LABEST da FEUP costuma participar todos os anos, mas este ano aceitou o desafio de desenvolveu uma nova atividade mais interactiva para os estudantes. Desenvolvemos e realizamos a demonstração de um ensaio não destrutivo de materiais de construção. Utilizou-se um equipamento de ultrassons em três exemplares de betão, operado pelos alunos, que depois tiveram que interpretar os resultados e correlacionar com três tipos diferentes de betão. Este teste serviu especialmente para saber qual é o material mais resistente para ser utilizado em estruturas, como casas ou pontes.

Semana Profissão Engenheiro 2013 – 1

Semana Profissão Engenheiro 2013 – 2

Semana Profissão Engenheiro 2013 – 3

Apresentação de Deteção de Dano com Ultrassons em Elementos de Betão Estrutural – Casos Práticos no BE2012

Tendo levado a cabo já vários trabalhos relacionados com o controlo de qualidade e deteção de defeitos em elementos estruturais de betão fazendo uso de ultrassons, no âmbito da atividade do Laboratório de Tecnologia do Betão e Comportamento Estrutural da FEUP, LABEST, apresenta-se este artigo com o objetivo de discutir alguns dos resultados obtidos assim como discutir as metodologias utilizadas. Os resultados apresentados dizem respeito à deteção de dano, sob a forma de uma fenda interna, de vazios no interior da peça e de fendilhação à superfície de elementos de betão estrutural. Qualquer dos resultados apresentados tem interesse na discussão de aplicabilidade de ensaios com ultrassons no controlo de qualidade em produção de elementos de betão estrutural, em particular na pré-fabricação.

João Rio a apresentar o trabalho sobre deteção de dano no auditório principal da FEUP

Deteção de Dano com Ultrassons em Elementos de Betão Estrutural no Encontro Nacional Betão Estrutural BE2012 from Joao Rio

Os ensaios foram realizados tanto em obra como em fábrica, após a deteção de anomalias e defeitos, tendo sido possível dar respostas conclusivas sobre o tipo e extensão das mesmas. Ficou desta forma demonstrada algumas das capacidades deste tipo de ensaios não-destrutivos, a sua versatilidade e facilidade de utilização. Qualquer um destes resultados têm interesse e aplicabilidade em fábrica e em obra; destacando-se em particular o interesse do uso de técnicas de ensaio com ultrasons no controlo de qualidade na pré-fabricação. Foram detetadas uma fenda interna, a localização conhecida de uma bainha de pré-esforço por preencher, vazios junto à armadura do banzo de uma viga pré-esforçada, e a verificação da localização e estimativa de profundidade de uma fenda superficial. Foi ainda possível, para todos os casos apresentados, fazer uma verificação direta independente por meios destrutivos.

Ensaios Acústicos a Materiais

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Rubrica Engenharia Num Minuto, 2012-06-08, Link.

Se soa bem é porque está bom! Ensaios acusticos a materiais.

Desde o início dos tempos que o homem usa ensaios acústicos para estudar materiais. Por exemplo quando batemos com o dedo num copo conseguimos avaliar se é de cristal ou não, ou até se está rachado. Uma vantagem muito importante deste tipo de ensaio é ser completamente não destrutivo, o que possibilita que seja repetido, no mesmo objeto e no mesmo sítio, as vezes que forem precisas

Os ensaios acústicos modernos baseiam-se em conhecimentos de física, matemática e computação e utilizam equipamentos sofisticados, ou seja, pertencem ao domínio da engenharia. Uma aplicação bem conhecida é a dos testes com ultra-sons para visualizar um bebé ainda dentro da barriga da mãe. Outra aplicação, bem distinta, é a da avaliação acústica de recintos musicais.

Ao aplicar os ensaios acústicos ao estudo de materiais, consegue-se descobrir de forma rápida, barata e não destrutiva, muitas das suas propriedades, inclusive se estão danificados ou estragados. Dessa forma é possível ficar a conhecer melhor esses materiais e tomar decisões para uma utilização adequada.

Curiosidade: Um dos campos mais recentes e interessantes da acústica é o da sua aplicação no estudo de alimentos, como para ver se a fruta já está madura.