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Recent Submissions
- A contribution for a sustainable, resilient road infrastructure management from Brisa, a Portuguese Road ConcessionairePublication . Vieira, Carina; Correia, Eugénia; Domingues, Daniela; Rato, Maria João; Caetano, Fernanda; Borges Miranda, Henrique; Carvalho, ManuelaNowadays, there are increasingly efforts to introduce an economy based on circularity principles, but there is still a gap between the intentions and the actual measures to achieve it. In Portugal, reclaimed asphalt is generally used as granular material for unbound road layers or reused mainly as asphalt mix in the municipal road network, instead of reusing this premium material in new asphalt mixes for medium/heavy traffic, mainly due to the lack of knowledge on how to use these materials without compromising the performance or durability of the pavement. The purpose of this study is therefore to evaluate the technological suitability of using two different rejuvenator additives (rejuvenator solid additive and terminal blend bitumen with rejuvenating additive) for use with highly aged reclaimed asphalt (RA) in the production of new asphalt mixtures for motorway surface courses. To achieve this objective, three gap graded asphalt mixtures (one of reference) for surface course were produced with 20% highly aged reclaimed asphalt milled from Brisa's motorway network. The results show that asphalt mixtures with reclaimed asphalt had better performance (water sensitivity, resistance to permanent deformation) and similar surface properties compared to reference asphalt mixture (without RA), regardless of the rejuvenator additive used. Further studies will consider pavement monitoring the asphalt mixtures studied as well as mixtures with other rejuvenator additives in order to expand the possibilities of using reclaimed asphalt in Portugal.
- Influence of recycled plastics on the mechanical behaviour of bituminous mistures for highway surface layersPublication . Borges Miranda, Henrique; Domingues, D.; Rato, M. J.Europe is one of the largest producers of plastics in the world, with an annual turnover of over 350 billion euros, making it a strategic industrial sector as the global consumption of plastics increases. However, plastic is nowadays considered a serious environmental problem as it represents a large share of the world’s waste generation, with Europe being one of the largest sources of plastic waste exports. Therefore, the transition to a circular economy for plastics must be driven by Europe in order not to jeopardize the economic and environmental future of the plastics sector on the continent. Thus, it is crucial to investigate the feasibility of using recycled plastics in different applications, especially in the three main end-use markets for plastics (packaging, construction and automotive). In the construction sector, the use of plastics in road and highway construction and rehabilitation is currently being investigated due to the high potential for high-value applications and high raw material consumption. However, more knowledge is needed to make recycled plastic a common solution for road surfacing. The current study was promoted by BRISA, which was ranked the most sustainable highway operator in Europe for the third time in 2021. It aims to contribute to European efforts to investigate the feasibility (ongoing study: mechanical, functional, and environmental laboratory and field evaluation) of using recycled plastic in the production of bituminous mixtures for highway pavements in Portugal, without limiting the recyclability of bituminous mixtures. The present work focuses on the influence of recycled plastics on the water sensitivity and deformation susceptibility of bituminous mixtures under load. To perform the experimental study, the following materials were used: two bituminous mixtures with different types of coarse and fine aggregates (granodiorites and granites); a bitumen (PMB 45/80-65); a filler (limestone); and five recycled plastic additives (mainly consisting of LDPE, HDPE, LLDPE and PP, which represent about 50% of the plastics produced in Europe). The results were statistically analysed together with results of other studies on the volumetric and Marshall properties of the specimens. The results show an overall improvement in resistance to permanent deformation, without a significant benefit in water resistance. However, efforts to validate performance regarding fatigue, ageing resistance, pollutant emissions during production, placement and in service pavements are ongoing. In the statistical analysis, the ratio between binder film thickness and porosity (BFT/Vv) showed a statistically significant strong correlation with the performance indicators for resistance to permanent deformation.
- Pavimentos sustentáveis com incorporação de plásticos recicladosPublication . Rato, Maria João; Domingues, Daniela; Borges Miranda, Henrique; Antunes, VítorOs resíduos de plástico apresentam-se como um desafio ambiental significativo e crescente, incluindo desde plásticos industriais, sacos de plástico, embalagens para alimentos, entre outros. Em resposta à crescente preocupação, tem havido um progressivo interesse na incorporação destes resíduos em outras aplicações, nomeadamente, a incorporação de resíduos de plástico reciclado em materiais de construção. Mas será a sua utilização viável na pavimentação rodoviária? Os resultados obtidos são encorajadores, permitindo constatar para diferentes tipos de aditivos de plásticos reciclados disponíveis no mercado uma melhoria do comportamento dos ligantes betuminosos e sua interligação com os agregados.
- Numerical models for seismic analysis of arch damsPublication . Alegre, André; Oliveira, Sérgio; MENDES, PAULO; Proença, Jorge; Carvalho, Ezequiel; Matsinhe, BrunoThis paper presents a study on the seismic behaviour of large arch dams under strong earthquakes. The numerical simulations are carried out using DamDySSA, a 3D finite element program developed for dynamic analysis of concrete dams, which includes calculation modules for linear seismic analysis and for non-linear seismic analysis, considering the effects of joint movements and tensile and compressive damage in concrete. The case studies are the 132 m-high Cabril dam, in Portugal, and the 170 m high Cahora Bassa dam, in Mozambique. The seismic response results computed using linear and non-linear models are compared, in order to investigate the influence of the joint movements on the structural response, and to analyse the resulting concrete damage under a strong seismic load. Overall, there was a release of arch stresses in the upper part of both dams, due to the opening of the vertical joints, and consequently an increase of vertical stresses along the main cantilevers, causing concrete tensile failure. Furthermore, this study emphasized the potential of the developed numerical methods and thus of DamDySSA for predicting the non-linear seismic behaviour of arch dams.
- Projeto To-SEAlert. Desenvolvimentos recentesPublication . Zózimo, Ana Catarina; Fortes, Conceição; Santos, João Alfredo; Pinheiro, Liliana; Lemos, Rute; CAPITÃO, RUI; Fonseca, Ana; Roque, D.; Taborda, Rui; Silva, Ana; Serrazina, Vera; Craveiro; Reis, Maria Teresa; Andriolo, Umberto; Ferreira, José Carlos; Jóia Santos, C.O projeto To-SEAlert tem como objetivo a inclusão de um conjunto de ferramentas/metodologias de modo a tornar o sistema HIDRALERTA (Poseiro, 2019, Fortes et al., 2020, Pinheiro et al., 2020) mais eficiente, fiável e robusto. Essas ferramentas incluem o uso de imagens de satélite e de vídeo, de modelação numérica e física, métodos quantitativos e probabilísticos para a avaliação do risco e planeamento de emergência, para melhorar a eficiência e a confiança no sistema, bem como proporcionar a sua validação. Este projeto tem como objetivo principal a implementação de um sistema que seja capaz de apoiar as autoridades responsáveis na monitorização, prevenção e gestão de situações de emergência. Este artigo apresenta o trabalho desenvolvido recentemente nas diferentes tarefas do projeto, entre o qual se pode destacar o desenvolvimento do protótipo do sistema para a zona costeira da Costa da Caparica, a validação do protótipo do porto da Ericeira com recurso a imagens de vídeo-monitorização, o teste de modelos numéricos para o cálculo do galgamento, e a implementação de metodologias de avaliação quantitativa das consequências do risco.
- Comportamento dinâmico da barragem de Cahora Bassa sob excitação ambiente e sob ações sísmicasPublication . Alegre, André; Oliveira, Sérgio; Carvalho, Ezequiel; MENDES, PAULO; Proença, JorgeEm face do elevado risco potencial geralmente associado às grandes barragens, de acordo com a ICOLD é fundamental avaliar continuamente o desempenho destas obras, durante toda a fase de exploração, para situações correntes e excecionais, nomeadamente, envolvendo fenómenos de deterioração progressiva e/ou a ocorrência de ações excecionais, como é o caso, por exemplo, de sismos intensos. Desta forma, o controlo da segurança de grandes barragens deve apoiar‐se: (i) na monitorização com sistemas do tipo SSHM (“Seismic and Structural Health Monitoring”) equipados com software adequado para gestão e análise automática dos dados recolhidos continuamente; e (ii) na comparação entre os resultados da monitorização com resultados numéricos de modelos de elementos finitos (EF3D). Neste trabalho apresentam‐se diversos resultados de medições in‐situ referentes à caracterização do comportamento dinâmico da barragem de Cahora Bassa (em Moçambique), uma barragem abóbada de dupla curvatura com 170 m de altura na qual está instalado, desde 2010, um sistema do tipo SSHM para monitorização de vibrações em contínuo. Analisa‐se, em particular, a evolução das principais frequências naturais ao longo do tempo, considerando as variações do nível da albufeira, e a resposta sísmica da obra durante um evento sísmico de baixa intensidade, com base em acelerações medidas na rocha e no corpo da barragem. Os resultados das medições em obra são comparados com resultados numéricos obtidos com um modelo de EF3D. Apresentam‐se ainda resultados de uma análise sísmica não linear considerando o método “Endurance Time Analysis” (ETA) que permite estudar com elevada eficiência computacional a resposta da obra para sismos com aceleração de pico crescente.
- Monitorização e modelação do comportamento dinâmico da barragem do Cabril no período 2008-2020Publication . Oliveira, Sérgio; Alegre, André; Ferreira, Ilídio; MENDES, PAULO; Proença, JorgeNeste trabalho apresenta-se o sistema para monitorização em contínuo do comportamento dinâmico da barragem do Cabril que foi instalado em 2008, pelo LNEC e pela EDP, referindo alguns dos principais resultados que têm sido obtidos a partir da análise dos dados recolhidos entre 2008 e 2020, quer sob excitação ambiente/operacional, quer sob ações sísmicas. Trata-se de um sistema do tipo SSHM (“Seismic and Structural Health Monitoring System”) equipado com software que permite a comparação entre resultados observados e resultados previstos com base em modelos numéricos de elementos finitos. Salienta-se a importância do desenvolvimento de software para tratamento, análise e gestão automática dos dados e apresentam-se os programas computacionais que têm vindo a ser desenvolvidos no LNEC, em MATLAB, para apoio à análise dos dados recolhidos com este tipo de sistemas, nomeadamente um programa de identificação modal e um programa de elementos finitos tridimensionais para análise do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação albufeira (DamDySSA4.0), que inclui um módulo para análise modal complexa, um módulo para análise sísmica em regime linear e um módulo para apoio a estudos de verificação da segurança sísmica que permite efetuar cálculos sísmicos não lineares envolvendo movimentos de junta e roturas no betão, com base num modelo de dano.
- Análise de barragens abóbada sob ações sísmicas de grande intensidade. Movimentos de juntas e roturas no betãoPublication . Alegre, André; Oliveira, Sérgio; Proença, Jorge; MENDES, PAULONeste trabalho apresenta-se um estudo sobre o comportamento sísmico não-linear de uma grande barragem abóbada. Mostram-se os principais resultados obtidos para uma combinação de ações incluindo o peso próprio, a pressão hidrostática (albufeira cheia), e a ação sísmica, definida por um acelerograma com aceleração de pico de 0,6g aplicado na direção montante-jusante. O objetivo é analisar a influência do comportamento não-linear das juntas de contração na resposta estrutural sob sismos de grande intensidade, e avaliar a ocorrência de danos no betão. Os cálculos numéricos são realizados com o programa de elementos finitos 3D DamDySSA4.0, desenvolvido no LNEC para análise dinâmica de barragens de betão, e que inclui um módulo para análise sísmica não-linear. O comportamento dinâmico do sistema barragem-fundação-albufeira é simulado com um modelo acoplado em deslocamentos e pressões, que permite considerar a interação dinâmica água-estrutura e a hipótese de amortecimento generalizado (não-proporcional). O comportamento da fundação é simulado de forma eficiente recorrendo a uma técnica de subestruturação. A resposta sísmica não-linear é calculada por integração numérica ao longo do tempo, com base no método de Newmark e usando um método iterativo de redistribuição de tensões, tendo em conta: i) o comportamento não-linear do betão, com base num modelo de dano isotrópico com enfraquecimento e duas variáveis de dano independentes (d+ e d- ); e ii) os movimentos de abertura/fecho e deslizamento de juntas e fendas, usando um modelo baseado no critério de Mohr-Coulomb e em leis deslocamento-tensão adequadas. Com este trabalho mostram-se as potencialidades do programa DamDySSA4.0 para efetuar estudos de previsão do comportamento sísmico não-linear de barragens de betão e para apoiar estudos de verificação da segurança sísmica.
- Observação e análise de extensões e tensões na barragem de Cahora BassaPublication . Rodrigues, Miguel; Oliveira, Sérgio; Proença, Jorge; Carvalho, Ezequiel; MENDES, PAULOEm barragens de betão, a determinação do estado de tensão num dado ponto a partir das extensões observadas através de grupos de extensómetros elétricos requer uma boa caraterização dos parâmetros viscoelásticos do betão. Neste trabalho apresenta‐se uma metodologia de separação de efeitos para interpretação de extensões observadas ao longo do tempo com vista à determinação das correspondentes tensões instaladas, separando o efeito pressão hidrostática de outros efeitos, nomeadamente do efeito elástico das variações de temperatura anuais e do efeito associado à progressão das expansões ao longo do tempo. Esta metodologia foi aplicada na análise dos dados de alguns grupos de extensómetros da barragem do Cahora Bassa (em Moçambique), uma barragem abóbada de dupla curvatura com 170 m de altura. Após implementação computacional (em MATLAB) a referida metodologia é aplicada na análise dos dados de alguns grupos de extensómetros planos. São estimadas as tensões principais e respetivas direções para a ação da pressão hidrostática e efetua‐se a comparação com as tensões principais calculadas numericamente por intermédio de um modelo de elementos finitos tridimensionais (EF3D). Analisa‐se igualmente a parcela das tensões associada às variações de temperatura assim como a parcela das tensões associadas à progressão do processo expansivo, tendo em conta a relaxação, comparando com os correspondentes valores calculados com o modelo EF3D.
- Use of SSHM data for dynamic behavior analysis and damage detection on large dams. The cases of Cabril dam and Cahora Bassa damPublication . Alegre, André; MENDES, PAULO; Carvalho, Ezequiel; Matsinhe, Bruno; Oliveira, Sérgio; Proença, JorgeThis paper presents recent results from studies on the dynamic behavior of large concrete dams in normal operational conditions, based on the comparison between experimental results, extracted from continuous dynamic monitoring data, and numerical results from finite element analysis. The case studies are Cabril dam (132 m high), in Portugal, and Cahora Bassa dam (170 m high), in Mozambique, two large arch dams that have been under Seismic and Structural Health Monitoring since 2008 and 2010, respectively. The monitoring data analysis is performed using DamModalID, a program specifically prepared for automatic frequency domain modal identification, while the numerical simulations are carried out utilizing DamDySSA4.0, a 3D finite element program developed for dynamic analysis of concrete dams. The focus in this work is on studying the evolution of the main natural frequencies over time, namely (i) to analyze the influence of the reservoir water level variations on the dynamic properties of the dam-reservoir-foundation system and hence on the frequencies’ values, and (ii) to evaluate the correlation with the deterioration and ageing of dams, ultimately aiming at the detection of eventual structural changes due to concrete damage. Based on the presented results, the relation between the frequencies’ values and the water level variations made it possible to verify that the dynamic response of both dams is clearly influenced by the reservoir level. Furthermore, the comparison between the identified frequencies and the values computed with reference models, considering linear behavior, enabled to conclude that the dynamic behavior of both dams has not changed over the last decade, despite the existing deterioration phenomena, and thus they can continue operating normally.