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- Application of digital technologies in the assempbly control of steel structuresPublication . Oliveira, Rosário; Ribeiro, Diogo; Oliveira, Pedro; Gavina, RuiIn the industrialization of the construction of metallic structures, quality control procedures are required, both for manufacture and assembly. The structural control and validation in the construction phase aims to identify the geometric deviations that may occur during its assembly, as well as to ensure the compliance with all requirements and tolerances essential to the operation of the structure. In this context, the application of digital technologies emerges as a resource to support stakeholders in the construction process, since these quality control procedures, although essential, are characterized as being time-consuming, difficult to document and prone to error. After the study of the technologies associated with automation and geometric verifications of the objects, the methodology followed was the analysis of a case study, by comparison of the structural models of manufacture and assembly. A steel structure was analyzed, using computational tools and digital survey technologies. The results obtained allowed to conclude that the use of digital technologies contributes positively to the automation of control procedures and geometric validation of metallic structures, both in the manufacturing and assembly phases.
- Online unsupervised detection of structural changes using train–induced dynamic responsesPublication . Meixedo, Andreia; Santos, João; Ribeiro, Diogo; Calçada, Rui; Todd, Michael D.This paper exploits unsupervised data-driven structural health monitoring (SHM) in order to propose a continuous online procedure for damage detection based on train-induced dynamic bridge responses, taking advantage of the large-magnitude loading for enhancing sensitivity to small-scale structural changes. While such large responses induced by trains might create more damage-sensitive information in the measured response, it also amplifies the effects on those measurements from the environment. Thus, one of the biggest contributions herein is a methodology that exploits the large bridge responses induced by train passage while rejecting the confounding influences of the environment in such a way that false positive detections are mitigated. Furthermore, this research work introduces an adaptable confidence decision threshold that further improves damage detection over time. To ensure an online continuous assessment, a hybrid combination of autoregressive exogenous input (ARX) models, principal components analysis (PCA), and clustering algorithms was sequentially applied to the monitoring data, in a moving window process. A comparison between the performance obtained from autoregressive (AR) and ARX models as feature extractors was conducted, and it was concluded that ARX models lead to increased sensitivity to damage due to their ability to capture cross information between the sensors. The PCA proved its importance and effectiveness in removing observable changes induced by variations in train speed or temperature without the need to measure them, and the clustering methods allowed for an automatic classification of the damage-sensitive features. Since it was not possible to introduce damage to the bridge, several structural conditions were simulated with a highly reliable digital twin of the Sado Bridge, tuned with experimental data acquired from a SHM system installed on site, in order to test and validate the efficiency of the proposed procedure. The strategy proved to be robust when detecting a comprehensive set of damage scenarios with a false detection incidence of 2%. Moreover, it showed sensitivity to smaller damage levels (earlier in life), even when it consists of small stiffness reductions that do not impair structural safety and are imperceptible in the original signals.
- Wind-induced fatigue analysis of high-rise guyed lattice steel towersPublication . Ribeiro, Diogo; Bragança, C.; Montenegro, P.A.; Carvalho, H.; Costa, B.; Marques, F.Wind-induced fatigue is a major issue for the design of slender high-rise structures. However, there are still few studies focused on this topic, resulting in a lack of practical design procedures for this type of structures. This paper aims to fill this gap by presenting a complete and practical methodology for the wind-induced fatigue life assessment of high-rise towers and its application to a 120 m cable-stayed steel tower composed by a modular lattice. The wind actions were considered as the sum of the quasi-static component according to international codes and a numerically generated, trough an ergodic stochastic process, turbulent component which is based on the Kaimal wind spectrum. Real wind measurements were also taken for a period of 15 months on a nearby MET station which, when compared with the normative scenario, proved to be much less conservative and were not used for the safety analysis. The wind velocities were used as inputs for a nonlinear dynamic analysis from which stress time histories were derived for 10 potentially critical structural details. The damage in each detail was computed through the application of the Rainflow counting algorithm and Palmgren-Miner’s damage accumulation law, indicating the connection region between the modules as the critical detail with respect to fatigue damage.
- Impact of the train-track-bridge system characteristics in the runnability of high-speed trains against crosswinds - Part II: Riding comfortPublication . Montenegro, P.A.; Ribeiro, Diogo; Ortega, M.; Millanes, F.; Goicolea, J.M.; Zhai, W.; Calçada, R.Passenger riding comfort is a major concern in railways, particularly in high-speed (HS) networks due its strict requirements. Both the track and vehicle conditions may influence the comfort experienced by the passengers, but other external factors may also do it. Among these factors, the effects caused by crosswinds stand out due to the high levels of vibrations that may cause to the vehicle. However, almost no studies in this regard can be found in the literature, since most of the works do not consider external loads and do not analyse this phenomenon on bridges. Thus, the present work aims to fill this gap, by evaluating the passenger comfort on bridges subjected to crosswinds with different lateral structural behaviours and track conditions. Based on the vehicle's accelerations computed with an in-house dynamic train-track-bridge interaction tool, the Mean and Continuous comfort indexes defined by the European norm EN 12299, as well as the Sperling index, have been assessed for distinct scenarios. The bridge's lateral behaviour shows a negligible effect in the riding comfort, as well as the track quality since the wind load is much more determinant for the carbody vibrations than the track irregularities considered in this work.
- Feasibility of Applying Mel-Frequency Cepstral Coefficients in a Drive-by Damage Detection Methodology for High-Speed Railway BridgesPublication . de Souza, Edson Florentino; Bittencourt, Túlio Nogueira; Ribeiro, Diogo; Carvalho, HermesIn this paper, a drive-by damage detection methodology for high-speed railway (HSR) bridges is addressed, to appraise the application of Mel-frequency cepstral coefficients (MFCC) to extract the Damage Index (DI). A finite element (FEM) 2D VTBI model that incorporates the train, ballasted track and bridge behavior is presented. The formulation includes track irregularities and a damaged condition induced in a specified structure region. The feasibility of applying cepstrum analysis components to the indirect damage detection in HSR by on-board sensors is evaluated by numerical simulations, in which dynamic analyses are performed through a code implemented in MATLAB. Different damage scenarios are simulated, as well as external excitations such as measurement noises and different levels of track irregularities. The results show that MFCC-based DI are highly sensitive regarding damage detection, and robust to the noise. Bridge stiffness can be recognized satisfactorily at high speeds and under different levels of track irregularities. Moreover, the magnitude of DI extracted from MFCC is related to the relative severity of the damage. The results presented in this study should be seen as a first attempt to link cepstrum-based features in an HSR drive-by damage detection approach.
- Mestrado em Engenharia Civil - 2020 - Dissertação/ Projeto/ EstágioPublication . Oliveira, Maria do Rosário; Ribeiro, Diogo; Portela, Maria da Fátima; Santos, Ricardo; Neto, Teresa CarvalhoDesde a edição do E-book MEC 2018 / 2019 decorreu mais um ano letivo e novos trabalhos de Dissertação/Projeto/Estágio foram desenvolvidos pelos estudantes finalistas do curso do Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) e que aqui se pretendem compilar. A partir da estrutura curricular do ciclo de estudos conducente ao grau de mestre, e no âmbito do plano de estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP (MEC), o processo de formação dos estudantes integra uma unidade curricular de Dissertação ou Projeto ou Estágio (DIPRE) que decorre no 4º semestre letivo. Na unidade curricular de DIPRE, os estudantes desenvolvem uma dissertação de natureza científica ou um trabalho de projeto, que devem ser originais e especialmente realizados para este fim, ou um relatório de estágio de natureza curricular que decorre em ambiente empresarial. Neste contexto, os temas propostos compreendem as seguintes áreas de especialização da Engenharia Civil: construções, estruturas, infraestruturas e gestão da construção, e têm por desiderato permitir aos estudantes a demonstração dos conhecimentos e da capacidade de compreensão aprendidos ao longo do ciclo de estudos em apreço. Os temas objeto das dissertações, dos projetos ou dos relatórios de estágios permitem e constituem a base de desenvolvimento de aplicações originais, em contexto de investigação experimental. Promovem, assim, a pesquisa de informação, a análise de situações novas, o desenvolvimento de metodologias e técnicas de abordagem de problemas, a recolha de dados e o cruzamento e interpretação dos mesmos, a sistematização das conclusões e o estabelecimento de perspetivas futuras. Com os trabalhos desenvolvidos em DIPRE, os estudantes devem evidenciar as suas capacidades de compreensão e de resolução de problemas em situações novas e em contextos alargados e multidisciplinares, ainda que relacionados com as suas áreas de estudo. Demostram ainda capacidade para integrar conhecimentos, lidar com questões complexas, desenvolver soluções ou emitir juízos em situações de informação limitada ou incompleta, incluindo reflexões sobre as implicações e responsabilidades éticas e sociais que resultem dessas soluções e desses juízos. Tudo isto se traduz em competências que permitem uma aprendizagem ao longo da vida, de um modo fundamentalmente auto-orientado ou autónomo. O presente documento compila os trabalhos realizados no âmbito da unidade curricular de DIPRE do Mestrado de Engenharia Civil do ISEP, referentes a dissertações, projetos e relatórios de estágios desenvolvidos no ano letivo 2019-2020, nas áreas de especialização de construções, estruturas, gestão da construção e infraestruturas. No total foram realizados 19 trabalhos, envolvendo 19 estudantes, 25 docentes orientadores/coorientadores e 13 supervisores das empresas. Os trabalhos em ambiente empresarial decorreram nas empresas/instituições Construções VILA MAIOR Lda, ENESCOORD - Coordenação e Gestão de Projectos e Obras Lda, Garcia, Garcia SA, Porto Estádio SA, NCREP - Consultoria em Reabilitação do Edificado e Património Lda, FISCOR – Serviços de Engenharia Lda, OMEGAFLOW - Soluções de Engenharia Lda, CIVITEC Engenharia Lda, DAJ – Engenheiros Associados Lda, CCAD - Serviços de Engenharia Lda, CACAO - Civil Engineering Lda, GEG - Engineering Structures for Life, Águas de Douro e Paiva SA, às quais a direção do MEC deixa aqui registado um agradecimento por toda a colaboração e disponibilidade no acolhimento dos seus estudantes.
- Detection of exposed steel rebars based on deep-learning techniques and unmanned aerial vehiclesPublication . Santos, R.; Ribeiro, Diogo; Lopes, Patrícia; Cabral, R.; Calçada, R.In recent years deep-learning techniques have been developed and applied to inspect cracks in RC structures. The accuracy of these techniques leads to believe that they may also be applied to the identification of other pathologies. This article proposes a technique for automated detection of exposed steel rebars. The tools developed rely on convolutional neural networks (CNNs) based on transfer-learning using AlexNet. Experiments were conducted in large-scale structures to assess the efficiency of the method. To circumvent limitations on the proximity access to structures as large as the ones used in the experiments, as well as increase cost efficiency, the image capture was performed using an unmanned aerial system (UAS). The final goal of the proposed methodology is to generate orthomosaic maps of the pathologies or structure 3D models with superimposed pathologies. The results obtained are promising, confirming the high adaptability of CNN based methodologies for structural inspection.
- Mestrado em Engenharia Civil: 2022: Dissertação, Projeto, EstágioPublication . Oliveira, Maria do Rosário; Ribeiro, Diogo Rodrigo; Portela, Maria da Fátima; Santos, Ricardo; Neto, Teresa CarvalhoPassado o ano letivo 2021/2022 aqui estamos de novo a compilar os trabalhos de final de curso realizados pelos estudantes, no âmbito da unidade curricular de Dissertação, Projeto ou Estágio (DIPRE), do Mestrado de Engenharia Civil do ISEP. A partir da estrutura curricular do ciclo de estudos conducente ao grau de mestre, e no âmbito do plano de estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP (MEC), o processo de formação dos estudantes integra uma unidade curricular de Dissertação ou Projeto ou Estágio (DIPRE) que decorre no 4º semestre letivo. Na unidade curricular de DIPRE, os estudantes desenvolvem uma dissertação de natureza científica ou um trabalho de projeto, que deve ser original e especialmente realizado para este fim, ou um relatório de estágio de natureza curricular que decorre em ambiente empresarial. Neste contexto, os temas propostos compreendem as seguintes áreas de especialização da Engenharia Civil: construções, estruturas, infraestruturas e gestão da construção, e têm por desiderato permitir aos estudantes a demonstração dos conhecimentos e da capacidade de compreensão aprendidos ao longo do ciclo de estudos em apreço. Os temas objeto das dissertações, dos projetos e dos relatórios de estágios mostram o desenvolvimento de aplicações originais, em contexto de investigação experimental. Promovem, assim, a pesquisa de informação, a análise de situações novas, o desenvolvimento de metodologias e técnicas de abordagem de problemas, a recolha de dados e o cruzamento e interpretação dos mesmos, a sistematização das conclusões e o estabelecimento de perspetivas futuras. Com os trabalhos desenvolvidos em DIPRE, os estudantes evidenciam as suas capacidades de compreensão e de resolução de problemas em situações novas e em contextos alargados e multidisciplinares, ainda que relacionados com as suas áreas de estudo. Demostram ainda capacidade para integrar conhecimentos, lidar com questões complexas, desenvolver soluções ou emitir juízos em situações de informação limitada ou incompleta, incluindo reflexões sobre as implicações e responsabilidades éticas e sociais que resultem dessas soluções e desses juízos. Tudo isto se traduz em competências que permitem uma aprendizagem ao longo da vida, de um modo fundamentalmente auto-orientado ou autónomo. O presente documento resume os trabalhos realizados no âmbito da unidade curricular de DIPRE do MEC, referentes a dissertações, projetos e relatórios de estágios desenvolvidos no ano letivo 2021-2022, nas áreas de especialização de construções, estruturas e gestão da construção. No total foram realizados 25 trabalhos, envolvendo 25 estudantes, 24 docentes orientadores/coorientadores e 18 supervisores das empresas. Os trabalhos em ambiente empresarial contaram com a colaboração das empresas/instituições: CCAD-Serviços de Engenharia, Camara Municipal de Valongo, Camara Municipal Vila Nova de Gaia, DST Group, Eleven Steps Consultores de Engenharia, Ferrovial Construction, Ferrumplus, Garcia Garcia, Kinetika, Tepmec Construções, Telhabel Construções, TFP-The Fladgate Partnership, às quais a direção do MEC agradece toda a colaboração e disponibilidade demonstradas no acolhimento dos seus estudantes do MEC.
- Projeto integrado - Licenciatura em Engenharia Civil - 2020Publication . Ribeiro, Diogo; Portela, Maria da Fátima; Oliveira, Maria do Rosário; Santos, Ricardo Pereira; Silva, Teresa NetoNo âmbito do plano de estudos da Licenciatura em Engenharia Civil do ISEP (LEC), o processo de formação dos estudantes culmina com a unidade curricular de Projeto Integrado (PROJI), que decorre no 2º semestre do 3º ano letivo e onde os estudantes desenvolvem em grupo, sob orientação de um docente, um projeto de aplicação dos conhecimentos adquiridos ao longo do curso. Em alternativa os estudantes poderão optar por realizar um trabalho individual inserido em ambiente empresarial e que decorre sob a orientação de um docente e um supervisor da empresa. Na UC de Projeto Integrado são propostos temas em quatro subdomínios da Engenharia Civil, nomeadamente estruturas, infraestruturas, construções e gestão da construção, onde se pretende proporcionar aos estudantes o contacto com um problema concreto, tão semelhante quanto possível aos que irão encontrar na sua futura atividade profissional. O presente documento compila os resumos dos relatórios realizados no âmbito da unidade curricular de Projeto Integrado, referentes a trabalhos em ambiente empresarial e projetos, desenvolvidos no ano letivo 2019-2020. No total foram realizados 29 trabalhos, dos quais 12 decorreram em ambiente empresarial e 17 sob a orientação de docentes do ISEP, envolvendo 39 estudantes, 19 docentes e 11 supervisores das empresas. Os trabalhos em ambiente empresarial decorreram em 11 empresas/instituições (Euromodal, Politécnico do Porto, Casais, Kinetika, Civitraço, Blackcurrant, Universidade Católica do Porto, Telhabel, VN2R, José Teixeira - Engenharia e Construção e JLEngenharia), às quais a direção da LEC gostaria de expressar um agradecimento por toda a colaboração e disponibilidade no acolhimento dos estudantes da LEC. Importa ainda referir que devido aos constrangimentos provocados pela pandemia COVID-19, muitos dos trabalhos que inicialmente estavam previstos serem realizados em ambiente empresarial passaram para projetos.
- Mestrado em Engenharia Civil: 2023: Dissertação, Projeto, EstágioPublication . Oliveira, Maria do Rosário; Ribeiro, Diogo; Portela, Maria Fátima; Santos, Ricardo; Neto, TeresaConcluído o ano letivo 2022/2023 aqui estamos de novo a compilar os trabalhos realizados pelos estudantes do Mestrado de Engenharia Civil do ISEP, no âmbito da unidade curricular de Dissertação ou Projeto ou Estágio (DIPRE). A partir da estrutura curricular do ciclo de estudos conducente ao grau de mestre, no âmbito do plano de estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP (MEC), o processo de formação dos estudantes integra uma unidade curricular de Dissertação ou Projeto ou Estágio (DIPRE) que decorre no 4º semestre letivo. Na unidade curricular de DIPRE, os estudantes desenvolvem uma dissertação de natureza científica ou um trabalho de projeto, que devem ser originais e especialmente realizados para este fim, ou um relatório de estágio de natureza curricular que decorre em ambiente empresarial. Neste contexto, os temas propostos compreendem as seguintes áreas de especialização da Engenharia Civil: construções, estruturas, infraestruturas e gestão da construção. Com o desiderato de permitir aos estudantes a demonstração dos conhecimentos e da capacidade de compreensão aprendidos ao longo do ciclo de estudos, os temas objeto das dissertações, dos projetos ou dos relatórios de estágios constituem a base de desenvolvimento de aplicações originais, em contexto de investigação experimental. Promovem a pesquisa de informação, a análise de situações novas, o desenvolvimento de metodologias e técnicas de abordagem de problemas, a recolha de dados e o cruzamento e interpretação dos mesmos, a sistematização das conclusões e o estabelecimento de perspetivas futuras. Com os trabalhos desenvolvidos em DIPRE, os estudantes evidenciam as suas capacidades de compreensão e de resolução de problemas em situações novas e em contextos alargados e multidisciplinares, ainda que relacionados com as suas áreas de estudo. Demostram ainda capacidade para integrar conhecimentos, lidar com questões complexas, desenvolver soluções ou emitir juízos em situações de informação limitada ou incompleta, incluindo reflexões sobre as implicações e responsabilidades éticas e sociais que resultem dessas soluções e desses juízos. Tudo isto se traduz em competências que permitem uma aprendizagem ao longo da vida, de um modo fundamentalmente auto-orientado ou autónomo. Neste documento compilam-se os trabalhos realizados no âmbito da unidade curricular de DIPRE do MEC, referentes a dissertações, projetos e relatórios de estágios desenvolvidos no ano letivo 2022-2023, nas áreas de especialização de construções, estruturas e gestão da construção. No total foram realizados 21 trabalhos, envolvendo 21 estudantes, 36 docentes orientadores/coorientadores e 8 supervisores das empresas. Os trabalhos em ambiente empresarial contaram com a colaboração das empresas/instituições: Telhabel – Construções, Omatapalo – Engenharia e Construção, CIVI4 - Projetistas e Consultores de Engenharia Civil, NCREP – Consultoria em Reabilitação do Edificado e Património, Eleven Steps – Consultores de Engenharia e CCAD - Serviços De Engenharia, às quais a direção do MEC agradece por toda a disponibilidade demonstrada, no acolhimento e integração dos seus estudantes.