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- Determination of the drag coefficient of an autonomous solar lighting column using wind tunnel simulation and computational analysisPublication . Dias, Vitor Hugo da Silva; Andrade, Carlos A.R.; Rosa, Sergio; Roque, João; Francisco, GomesThe Sun is the largest source of energy available and many studies for the development of technologies capable of harnessing this energy are constantly being conducted. Among the technologies developed are photovoltaic solar panels that have many applications and among them are the autonomous solar lighting columns that have been growing in popularity especially in urban and industrial environments. These columns are installed in open regions and have their structure exposed to the mechanical actions imposed by the wind, so they need to be correctly designed to support them. There are aerodynamic variables that must be determined for the design of these columns, especially the drag coefficient, a property linked to the geometry of a body, which represents its interaction with a flowing fluid. Due to the complexity of determining these variables, experimental methods are constantly used to obtain these values. Classically, wind tunnel simulations are used for this purpose, but they can be expensive and difficult to perform. Fluid dynamic computational analysis has been widely applied to replace physical analysis. In this work, the drag coefficient of an autonomous solar lighting column is determined by wind tunnel simulations and computational analysis. With the obtained results, a comparison is made to verify the fidelity of the data obtained by computational means when compared to those obtained through the wind tunnel simulations.
- Metodologia integrada para avaliação e mitigação da vulnerabilidade sísmica das construções históricas em alvenaria : a Igreja dos Jerónimos como caso de estudoPublication . Roque, JoãoA preservação das construções históricas de elevado valor patrimonial é hoje um tema muito actual nas sociedades modernas tanto mais quanto estas construções desempenham um papel cada vez mais importante na indústria do turismo e, consequentemente, na economia e na imagem e auto-estima dos países e seus povos. A perigosidade sísmica de Portugal e de muitas outras regiões do globo de que se destacam, pela sua proximidade, os países da bacia Mediterrânica, coloca um elevado número de construções históricas, nomeadamente as construções em alvenaria, particularmente vulneráveis a acções sísmicas, sob potencial risco de colapso. Pese embora a complexidade e a peculiaridade destas construções, em geral caracterizadas por uma falta generalizada de informação de que se destaca a ausência de elementos de projecto e o desconhecimento da constituição interna dos seus elementos estruturais e do seu estado actual, são as lacunas metodológicas ainda existentes no estudo destas construções, geralmente orientado por regras e procedimentos adequados para novas construções, que conduzem frequentemente a intervenções desajustadas ou desproporcionadas à dimensão dos problemas e ao valor patrimonial das construções. Além disso, as soluções destinadas a incrementar a resistência sísmica colidem frequentemente com a necessidade de preservar o valor histórico, cultural e arquitectónico. Se, adicionalmente, se atender às incertezas existentes na caracterização da acção sísmica, a avaliação da segurança das construções históricas, em particular da segurança sísmica, permanece ainda um imenso desafio para técnicos, investigadores e para a indústria. Neste contexto, este trabalho pretende dar um contributo para promover a conservação, reabilitação e reforço das construções históricas em alvenaria através de uma metodologia própria que sustente diagnósticos mais verosímeis e intervenções mais adequadas e proporcionadas, em respeito pelos princípios hoje aceites que procuram minimizar a extensão e a intrusividade das intervenções, mas que garantam as indispensáveis condições de segurança. Propõe-se assim uma metodologia multidisciplinar e integrada cujo lema é “maximizar a investigação para minimizar a intervenção” e onde se dá primazia à observação da construção, baseada na auscultação e na monitorização estrutural, e à prática de intervenções faseadas e interactivas com os resultados. A engenharia de estruturas desempenha um papel fulcral funcionando como o elemento integrador da metodologia. Como passos principais da metodologia proposta destacam-se: (i) pesquisa, compilação e análise de dados históricos relevantes para a caracterização genérica da construção; (ii) instalação de sistemas de monitorização estática e dinâmica; (iii) caracterização mecânica dos materiais e/ou de elementos estruturais; (iv) identificação dinâmica da estrutura; (v) caracterização da acção sísmica, desde a identificação de potenciais áreas sismogénicas, que condicionam a perigosidade geográfica, até à geração artificial de acelerogramas incluindo a consideração dos efeitos de sítio; (vi) desenvolvimento de modelos de simulação numérica do comportamento estrutural, calibrados a partir de danos identificados e de resultados experimentais; (vii) análises estáticas não-lineares do tipo “pushover” e de análises dinâmicas não-lineares, no domínio do tempo, para diferentes níveis de perigosidade sísmica, consistentes com o enquadramento tectónico regional; (viii) identificação da capacidade e das vulnerabilidades estruturais, dos modos de colapso e avaliação da segurança; (ix) recomendações para minimizar risco sísmico das construções, incluindo propostas de eventuais soluções de intervenção para a conservação/reabilitação ou reforço. A metodologia proposta é aplicada a um emblemático caso de estudo, constituído pela Igreja de Santa Maria de Belém, como parte integrante do complexo do Mosteiro dos Jerónimos, em Lisboa. Apresentam-se e discutem-se os resultados mais relevantes do estudo efectuado, na sequência da aplicação da metodologia, através dos quais se sustenta o diagnóstico da construção. Para as simulações numéricas do comportamento dinâmico da Igreja recorreu-se a sinais sísmicos artificiais correspondentes a três cenários sísmicos de perigosidade crescente traduzida por períodos de retorno com 475, 975 e 5000 anos. Finalmente, tendo presente o elevado valor patrimonial da construção, propõem-se, analisam-se e discutem-se possíveis estratégias de intervenção/reforço com vista à redução das vulnerabilidades identificadas e à mitigação do risco sísmico da Igreja.
- Simplified indexes for the seismic vulnerability of ancient masonry buildingsPublication . Lourenço, Paulo B.; Roque, JoãoThis paper presents a contribution for the safety assessment of historical masonry buildings under seismic loading. Three different simplified safety indexes (in-plan area ratio, area to weight ratio and base shear ratio) are analyzed, taking into account a large sample of fifty-eight Portuguese churches. The sample of building has been organized according to the seismic zonation, from high to low seismicity. The results indicate that valuable information can be obtained from simplified methods, with respect to performing a first screening and to prioritizing further, deeper investigations. A new proposal is made regarding the combined usage of two of the indexes.
- Parecer técnico: rotura muro de suportePublication . Minhoto, Manuel; Valente, Bruno; Roque, João; Luso, EduardaApresenta-se um parecer técnico sobre a rotura de um muro de contenção de terras construído numa encosta duma zona residencial de Bragança.
- A multidisciplinary approach to assess the health state of heritage structures: the case study of the Church of Monastery of Jerónimos in LisbonPublication . Masciotta, Maria Giovanna; Roque, João; Ramos, Luis F.; Lourenço, Paulo B.The preservation and risk mitigation of built cultural heritage require the use of reliable tools which enable to give a better insight into the complex behaviour of these structures, by providing a correct diagnosis of their health conditions, and to identify potential vulnerabilities in order to prevent the risk of damage and to design in advance adequate retrofit solutions. The present paper describes an extensive experimental/numerical investigation campaign carried out on the Church of Monastery of Jerónimos in Lisbon in accordance with an iterative multidisciplinary approach and with the purpose of assessing the health state of one of the most prominent Portuguese monument, in light of future prevention actions. Special stress is given to the diagnostic procedure which includes and details in situ and laboratory testing, dynamic identification, continuous structural health monitoring and analysis of environmental effects on the static and dynamic behaviour of the church. The structural performance of the temple under conditions of gravity loading is analysed as well and potential collapse mechanisms are identified. The results are compared with the actual response of the temple allowing to evaluate its safety level.
- Caracterização mecânica de paredes antigas de alvenaria : um caso de estudo no centro histórico de BragançaPublication . Roque, João; Lourenço, Paulo B.Este artigo refere algumas técnicas, de carácter não-destrutivo, actualmente disponíveis, para a caracterização in-situ do estado das alvenarias antigas do ponto de vista mecânico-estrutural. Analisa-se e comentam-se os resultados da sua aplicação num edifício antigo, com paredes estruturais em alvenaria de pedra, inserido no Centro Histórico de Bragança.
- Identification of vertical frequency response of masonry arch bridges for numerical analysisPublication . Dick, Anelise; Braz-César, Manuel; Roque, JoãoMasonry arch bridges are generally old structures with historical and patrimonial value built based on empirical rules for small traffic loads. Identification of the dynamic properties could be an important parameter to evaluate the response of such bridges to actual traffic loads and to update numerical models used to study its structural response. Thus, this paper presents a expedite method to determine vertical natural frequencies for a set of several masonry arch bridges located in Bragança district, Portugal. The dynamic properties were obtained through environmental vibration tests allowing to identify the dynamic properties in the frequency domain. The identification of the natural frequencies allowed the analysis of the influence of some geometrical parameters of the bridges and the relationship between these and the frequency range of the excitation source. Moreover, the database of the study can be used in future analysis to update FEM models of these structure.
- Monitoring historical masonry structures with operational modal analysis: two case studiesPublication . Ramos, Luis F.; Marques, Leandro; Lourenço, Paulo B.; Roeck, G.; Costa, Alfredo Campos; Roque, JoãoThe paper addresses two complex case studies of modal and structural identification of monuments in Portugal: the ClockTower of Mogadouro and the Church of Jerónimos Monastery, in Lisbon. These are being monitored by University of Minho with vibration, temperature and relative air humidity sensors. Operational modal analysis is being used to estimate the modal parameters, followed by statistical analysis to evaluate the environmental effects on the dynamic response .The aim is to explore damage assessment in masonry structures at a nearly stage by vibration signatures, as a part of a health monitoring process that helps in the preservation of historical constructions. The paper presents the necessary preliminary dynamic analysis steps before the monitoring task, which includes installation of the monitoring system, system identification and subsequent FE model updating analysis, automatic modal identification and investigation of the Influence of the environment on the identified modal parameters.
- Nonlinear dynamic analysis for safety assessment of heritage buildings: church of Santa Maria de BelémPublication . Roque, João; Oliveira, Daniel V.; Ferreira, Tiago Miguel; Lourenço, Paulo B.Despite the remarkable longevity of heritage constructions, they typically present several structural fragilities inherent to their own material and constructive features. This fact is particularly relevant when seismic loads are concerned, because a very significant portion of such constructions lack adequate seismic resistance and require retrofitting interventions in order to mitigate their vulnerability. However, to guarantee the success of the interventions, the interventions should be carefully selected based on a full understanding of the dynamic response of the building and, particularly, its most vulnerable structural elements. Due to many reasons, the issues associated with this kind of analysis are still difficult to address; therefore, research on this subject should be encouraged. Taking this into account, the church of Santa Maria de Belém, one of the most emblematic buildings of the monastery of Jer´onimos complex in Lisbon, is used in this work as a case study to discuss the nonlinear dynamic response of cultural heritage buildings. The nonlinear dynamic behavior of the church was numerically simulated with a three-dimensional (3D) model using artificially generated seismic acceleration time histories, in agreement with seismic hazard scenarios for return periods of 475, 975, and 5,000 years. The dynamic response of the church is discussed and a comparison against results derived from a pushover analysis is also presented. Finally, a modal analysis is presented, estimating the damage level that would be present in the church after the occurrence of such seismic scenarios.
- Dynamic response of mansory arch bridges using "IN-SITU" expedite measurementsPublication . Dick, Anelise; Braz-César, Manuel; Roque, JoãoThe present study is based on the determination of dynamic parameters, namely natural frequencies associated with vertical vibration modes for a set of thirty-three masonry arch bridges located in the Bragança district, Portugal. These parameters were obtained through environmental vibration tests performed “in situ” and the identification of the dynamic properties was performed in the frequency domain using the peak-peaking technique. The identification of the natural frequencies allowed the analysis of the influence of some geometrical parameters of the bridges and the relationship between these and the frequency range of the excitation source.