Desenvolvimento de software de apoio ao ensino da engenharia civil

Os alunos que atualmente chegam ao ensino superior já são de uma geração que viveu toda a sua vida com a tecnologia presente no seu dia a dia. Assim, estes alunos têm mais dificuldade em se sentirem motivados para o estudo com base nas práticas pedagógicas tradicionais que foram a base da formação de muitos dos docentes do ensino superior hoje no ativo. Este problema poderá ser ainda mais acentuado entre os alunos de engenharia, como é o caso dos alunos de engenharia civil. Estamos numa sociedade em grande mudança, com enormes desafios futuros, designadamente aqueles que resultam do uso, cada vez mais corrente, de técnicas da denominada inteligência artificial na resolução de problemas práticos da engenharia. Assim, poderá ser importante a adaptação de práticas pedagógicas de modo a tentar mobilizar o interesse desta nova geração de alunos, e prepará-los para os desafios futuros. No entanto, as mudanças nas práticas pedagógicas consomem muito tempo e é uma das vertentes da atividade de um docente do ensino superior que é, normalmente, menos valorizada por comparação com o trabalho de investigação, por exemplo. Neste contexto, foi desenvolvido software específico para apoio da lecionação de unidades curriculares dos cursos de Licenciatura e Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia da Universidade do Algarve, destinado à utilização em sala de aula e para a realização/correção de trabalho práticos. O programa EC8spec inclui uma interface com o utilizador desenvolvida de modo a facilitar a assimilação de um conjunto de conceitos, do domínio da engenharia sísmica, pelos alunos. Posteriormente, esse programa foi transformado em dois objetos computacionais independentes e totalmente interligáveis, e foi adicionado um conjunto de rotinas informáticas direcionadas para a investigação. Estes objetos foram incorporados no programa PERSISTAH, desenvolvido para a avaliação da segurança sísmica, designadamente pela proteção civil. Este trabalho de investigação permitiu criar outros programas didáticos que usam métodos mais avançados, entretanto desenvolvidos, fazendo assim a ponte entre o ensino e o trabalho de investigação (a interface com o utilizador apresenta funcionalidades destinadas ao apoio pedagógico, e os alunos também têm acesso a técnicas mais modernas, em sala de aula, resultantes do trabalho de investigação). Os momentos de avaliação podem ser morosos, designadamente no caso de grandes turmas, pelo que o desenvolvimento de um programa informático para realização de trabalhos práticos de engenharia civil (TestMaker) permitiu agilizar a correção dos trabalhos, possibilitando a sua transmissão aos alunos num curto espaço de tempo. Na realização destes trabalhos, é apresentado um enunciado geral, sem a definição dos valores das diversas grandezas envolvidas, e é o software que gera os valores a usar por cada aluno com base no seu número de aluno, tornando os trabalhos individualizados, muito embora seja incentivado o trabalho em grupo informal. Os alunos respondem às perguntas (que são resultados numéricos) no programa informático, que seguidamente gera um ficheiro de respostas. A resolução dos trabalhos é programada em Mathcad, que gera automaticamente um ficheiro com as soluções relativas aos valores gerados para cada aluno. Uma rotina adicional faz a correção automática e gera a pauta final, respeitando um valor definido para o erro máximo tolerado. Deste modo, o aluno tem acesso às soluções do seu problema individualizado logo após a data limite de entrega do trabalho. Estes dois exemplos de desenvolvimento de software específico ilustram algumas das possibilidades do seu uso no apoio ao ensino da engenharia. A grande vantagem da utilização de software para resposta e correção de trabalhos práticos está relacionada com a existência de turmas muito grandes, permitindo libertar tempo ao docente para realização de outro tipo de tarefas e, por outro lado, os alunos têm acesso às classificações e às soluções dos trabalhos muito rapidamente. Contudo, em turmas pequenas (menos que vinte alunos), esta abordagem torna-se desnecessária, não tendo sido empregue nos últimos dois anos letivos, em virtude da diminuição de alunos nos cursos de Engenharia Civil. Em relação ao desenvolvimento de software visando, simultaneamente, fins pedagógicos e de investigação, os resultados têm sido muito promissores. Foi observada uma melhoria nas taxas de aprovação das unidades curriculares, e as respostas dos alunos aos inquéritos de perceção de ensino e aprendizagem foram muito favoráveis no ano letivo de 2018/19.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Nonlinear seismic analysis of existing RC school buildings: the “P3” school typology

The seismic assessment of existing school buildings is an important issue in earthquake prone regions; such is the case of the Algarve, which is the southern region of Portugal mainland. Having this problem in mind, the PERSISTAH project (Projetos de Escolas Resilientes aos SISmos no Território do Algarve e de Huelva, in Portuguese) aimed to develop a computational approach enabling the damage evaluation of a large number of individual school buildings. One of the school typologies assessed was the so-called “P3” schools. This typology is composed of several different modules that are combined in different manners depending on the number of students. Each module was built in accordance with architectural standardised designs. For this reason, there are many replicas of these modules all over the Algarve region. The structural system of each module is composed of a frame of reinforced concrete (RC) elements. Nonlinear static seismic analysis procedures were adopted to evaluate the structural seismic behaviour, namely by using the new concept of performance curve. Based on the obtained results, it was possible to conclude that the seismic safety of this type of school building is mainly ruled by the shear capacity of the columns. This study also shows the difficulties of carrying out accurate seismic assessments of existing buildings using the methods of analysis that are established in the Eurocode 8.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Ground motion simulation for dynamic structural analysis: pros and cons

In many seismic codes the use of simulated ground motions for dynamic structural analysis is already considered. However, from the structural engineer point of view, the use of such simulated accelerograms is not very attractive, mainly because more seismological knowledge background is needed. For this reason, a user friendly freeware computer program named SIMULSIS was developed to help structural engineers to generate simulated accelerograms. A new finite-fault stochastic method was developed for ground motion simulation and implemented in the program together with an equivalent linear model that accounts for superficial soil dynamic amplification. The capabilities of the program and the precision of results produced are illustrated by the simulations carried out for two recorded earthquakes. Moreover, some suggestions related to the use of the developed computer program not only for seismic structural analysis purposes but also in the future generation of hazard maps are presented

Comparative analysis of Algarve`s seismic hazard

In this paper we compared the seismic hazard of Algarve obtained with two different models: a point-source model (proposed by McGuire) and a fault-rupture model (proposed by Der Kiureghian and Ang)

Dificuldades associadas à reabilitação do património construído em taipa no Algarve

A construção em terra no Algarve é muito antiga, tendo sido popularizada durante a ocupação Árabe. Desse período, existem diversas construções militares edificadas em taipa que ainda existem e que constituem um importante património monumental, donde se destacam o Castelo de Paderne e parte das muralhas do Castelo de Silves e da cidade de Faro. Também existe um grande número de construções particulares mais recentes, que também elas constituem um património cultural que importa preservar. As principais debilidades das construções em terra crua e, especificamente das realizadas em taipa, são a ação da água, designadamente proveniente de chuva e, em particular, quando associada ao vento, e os efeitos resultantes da ocorrência dos sismos. Quanto à primeira, é perfeitamente possível adotar disposições construtivas que evitem as respetivas consequências. Em relação à ação das vibrações provocadas pela ocorrência dos sismos, o problema reside na fraca resistência deste material à tração, apresentando um comportamento muito frágil. É neste contexto que a reabilitação da construção em taipa existente no Algarve se torna um grande desafio técnico, atendendo à perigosidade sísmica da região. Neste trabalho é apresentado um levantamento de construções de taipa ainda existentes no Algarve, e é descrito o processo construtivo que foi utilizado. Com vista a identificar as dificuldades que têm que ser superadas de modo a que a reabilitação deste tipo de construções apresente os níveis de segurança que a sociedade atual exige, sem a adulteração do património existente, foi efetuado um conjunto de estudos cujos resultados são apresentados neste trabalho. Foi realizada uma campanha de ensaios laboratoriais para caracterização do comportamento mecânico do material, e foi organizada uma lista das principais anomalias encontradas no património edificado. Com base nesses resultados, foi realizada uma avaliação preliminar do comportamento estrutural não linear das paredes tipicamente realizadas em taipa no Algarve, identificando alguns problemas relacionados com alguns aspetos arquitetónicos e construtivos dos edifícios de habitação, designadamente os relacionados com a colocação do telhado, bem como a existência de portas e janelas nas paredes exteriores das construções, a ligação das paredes à fundação e a ligação entre paredes ortogonais

Avaliação, educação e comunicação do risco sísmico no contexto das escolas do Algarve

Tem sido observado, um pouco por todo o mundo, que as populações não têm consciência do risco sísmico dos edifícios onde habitam, e que possuem espectativas irrealistas sobre o comportamento dessas construções. A perceção generalizada é que as habitações irão ficar intactas após um sismo moderado ou destruidor, desde que estas tenham sido corretamente projetadas e construídas, de acordo com as normas vigentes. Contudo, os edifícios somente são projetados para garantir a salvaguarda da vida humana, e não para a salvaguarda do património em si, podendo até não ser economicamente viável a sua reparação. Além disso, um sismo moderado poderá causar danos moderados ou severos, principalmente a nível não-estrutural, afetando assim o funcionamento das instalações por tempo indeterminado. Por outro lado, é importante promover a educação e informação das populações para contribuir para o aumento da resiliência das sociedades a estes fenómenos. Neste contexto, foi desenvolvida uma plataforma informática no âmbito do projeto de investigação PERSISTAH (Projetos de Escolas Resilientes aos SISmos no Território do Algarve e de Huelva), que possibilita a realização de avaliações de segurança sísmica dos edifícios das escolas do primeiro ciclo do ensino básico existentes no Algarve, recorrendo a modernas técnicas de análise estrutural. Usando esta ferramenta, é possível verificar qual o grau de dano provável de um edifício de uma escola, quer seja para um qualquer cenário de ocorrência de um sismo, ou simplesmente no contexto da verificação dos níveis de segurança estabelecidos nas normas NP EN 1998-1:2010 e NP EN 1998-3:2017. Estão a ser criados documentos direcionados para técnicos da área da construção, para aprendizagem das referidas metodologias, assim como relativas ao uso de técnicas de reabilitação sísmica. Em paralelo, também foram desenvolvidos instrumentos para aumentar a resiliência sísmica da população estudantil, designadamente o Projeto Educativo “Porquê que o chão se move?”, com atividades e material pedagógico para a educação e comunicação do risco sísmico, e o “Guia Prático da Escola Resiliente aos Sismos”, que também visam a implementação de medidas de redução do risco sísmico não-estrutural.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Segurança sísmica de escolas do plano dos centenários existentes no Algarve: caso de estudo

As escolas do “Plano dos Centenários” correspondem à tipologia de escolas do primeiro ciclo do ensino básico existente no Algarve com o maior número de edifícios ainda em funcionamento. Por outro lado, mesmo já não estando a desempenhar as iniciais funções, muitas dessas antigas “Escolas Primárias” são hoje utilizadas para outras funções, designadamente como escolas pré-primárias ou como associações culturais ou recreativas, por exemplo. É inegável o valor patrimonial destas construções, quer pelas suas distintas características arquitetónicas, quer pelo seu valor histórico. Estes edifícios foram construídos com paredes resistentes em alvenaria de pedra da região, antes da publicação em Portugal dos primeiros códigos sísmicos. Assim, é da maior importância o estudo da segurança sísmica destas construções, atendendo à elevada concentração de pessoas que apresentam, sendo a maior parte delas crianças. Estas construções têm sido alvo de obras de reabilitação, mas meramente procurando melhorar a sua habitabilidade, sem qualquer preocupação com a segurança sísmica. É neste contexto que surge o projeto PERSISTAH, que visa, entre outros objetivos, estudar o risco sísmico das escolas do primeiro ciclo que estão em funcionamento nas regiões do Algarve (Portugal) e de Huelva (Espanha). Neste trabalho, é apresentado o estudo de um edifício do “Plano dos Centenários” localizado em Olhão. Em primeiro lugar, foram realizadas análises não lineares do edifício, tendo sido obtidas as correspondentes curvas de capacidade do edifício com o recurso ao programa Tremuri. Depois, as múltiplas curvas de capacidade foram importadas para o programa EC8spec. Este programa permite determinar os pontos de desempenho (deslocamentos alvo) das estruturas através do método N2, e para as ações estabelecidas na NP EN 1998-1:2010, assim como possibilita a determinação das percentagens dessa ação a que correspondem os pontos de desempenho associados aos três estados limites estipulados na NP EN 1998-3:2017: colapso eminente (NC), danos severos (SD) e limitação de dano (DL). De acordo com a NP EN 1998-3:2017, e porque as escolas correspondem a estruturas de classe de importância III, a avaliação da segurança tem de ser realizada para todos estes estados limites. Os resultados obtidos neste estudo revelam que não é possível atingir os níveis de segurança que estão estipulados na NP EN 1998-3:2017 para o Algarve, para todos os estados limites atrás referidos, sendo por isso desejável a realização de um adequado reforço sísmico.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Segurança sísmica das escolas do primeiro ciclo do ensino básico: Algarve versus Huelva

Um dos objetivos do projeto PERSISTAH, consistiu na avaliação da segurança sísmica de escolas do primeiro ciclo do ensino básico existentes nas regiões vizinhas do Algarve (Portugal) e Huelva (Espanha). Um dos grandes desafios enfrentados no projeto, foi o facto da legislação em vigor nesses dois países ser bastante diferente, nomeadamente o valor da ação sísmica a adotar na verificação da segurança sísmica. Para melhor dar resposta a este desafio, foi desenvolvido um programa informático que possibilitou a avaliação simultânea da segurança sísmica de um conjunto alargado de escolas existentes em ambas as regiões, tendo por base análises não lineares realizadas para dois tipos possíveis de ação sísmica: a ação regulamentar de cada uma das regiões; cenários de ocorrência de sismos com determinadas características, com recurso a leis de atenuação. O programa informático possibilitou o estudo comparativo dos possíveis efeitos de sismos que possam vir a afetar estas duas regiões do sul da Península Ibérica. Os resultados mostram que uma construção escolar pode não verificar o nível de segurança que é agora estabelecido na NP EN 1998-3:2017 para o Algarve, e, como tal, de necessitar de medidas de reforço sísmico, mas caso essa mesma construção estivesse localizada do outro lado do Rio Guadiana, em Espanha, então já não necessitaria de qualquer tipo de reabilitação sísmica. Para que possam ser clarificados os motivos do problema observado, foram determinadas as respostas estruturais de algumas escolas, para a ação sísmica regulamentar estabelecida para Vila Real de Santo António (Algarve) e para Aiamonte (Huelva), assim como para dois possíveis cenários de ocorrência de sismos (um sismo próximo e um afastado).Programa INTERREG-POCTEP España-Portugal e Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER); 0313_PERSISTAH_5_P, Projetos de Escolas Resilientes aos Sismos no Território do Algarve e de Huelvainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Utilização de ensaios dinâmicos na avaliação da segurança de estruturas: caso de estudo

A vibração induzida por máquinas rotativas é um problema que pode afetar o regular funcionamento de um sistema estrutural bem como o conforto dos utilizadores expostos, dado que o ser humano é sensível às vibrações, designadamente quando são ultrapassados determinados níveis de aceleração. Isso pode originar a sensação de desconforto e problemas de saúde, pelo que é da maior importância a medição desses níveis de vibração. Além disso, a vibração continuada poderá originar fenómenos de fadiga nos sistemas estruturais. Neste trabalho, é apresentado um caso de estudo onde é ilustrada a utilização de ensaios dinâmicos in situ, nomeadamente como forma de apoio à realização da avaliação da segurança última e em serviço de um edifício industrial em betão armado, que apresentava indícios de existirem anomalias estruturais, e onde os trabalhadores sentiam as vibrações induzidas pelas máquinas da fábricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

An index-based method for evaluating seismic retrofitting techniques. Application to a reinforced concrete primary school in Huelva

A project named PERSISTAH (Projetos de Escolas Resilientes aos SISmos no Território do Algarve e de Huelva, in Portuguese) is being developed. It aims to cooperatively assess and improve the seismic vulnerability of primary schools in the Algarve (Portugal) and Huelva (Spain). A large number of schools have to be analysed. In order to determine which seismic retrofitting technique is optimal, an index-based method is presented in this paper. It considers three parameters: first, the efficiency of the seismic retrofitting technique in relation to the structural improvement obtained; second, the cost of the implementation of the retrofitting technique; and third, the architectural impact. It should be mentioned that a specific measurement for each solution according to its geometry has been performed. Also, coefficients to consider the singularities of each analysis and the importance of the parameters (number of buildings, typology, available funds, etc.) in the study are considered. The most representative primary school of Huelva has been chosen to test the index-based method. The most suitable retrofitting techniques for this type of buildings have been tested. The retrofitting technique which most increased the seismic performance has been the addition of X and V bracings within the building's bays. Furthermore, the analyses have revealed that adding the retrofitting elements in the most vulnerable direction of the building provides a high efficiency. The results have also shown that implementing techniques of lower architectural impact gives acceptable results. The analysis of the mean damage level index has shown that the building would experiment a severe damage. All the retrofitting techniques applied have reduced it, at least, up to moderate damage. Finally, it should be noted that the position of the retrofitting elements is also paramount for providing an optimal retrofitting.info:eu-repo/semantics/publishedVersio