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As vibrações induzidas por veículos de diferentes tipos constituem um problema em grandes cidades, e podem interferir com actividades humanas, provocar problemas de saúde, e acelerar a degradação do património construído.
Numa sociedade moderna, onde a sustentabilidade, a saúde e o conforto estão no topo das prioridades, torna-se crítico pensar novas estratégias para ultrapassar este problema de forma eficaz.
Os metamateriais têm vindo a ganhar terreno em muitas aplicações de engenharia, nomeadamente quando se pretende interferir na propagação do som de forma controlada e dirigida. Neste âmbito, barreiras acústicas constituídas por elementos dispostos de forma periódica, formando um padrão similar a uma estrutura cristalina em grande escala, são uma inovação recente. A protecção de estruturas com este tipo de barreiras é um assunto de vanguarda, ainda a dar os primeiros passos, e que tem com certeza espaço para novas ideias que rompam com o paradigma atual, como as que aqui se propõem.
O nosso objetivo é o de estudar o efeito protetor de arranjos periódicos de elementos simples para mitigar de forma significativa o efeito das vibrações geradas por tráfego. Os elementos a usar podem ser lineares (como estacas cravadas) ou elementos compactos (esferas ou cubos p.ex.) formando uma matriz 3D; em ambos os casos, estes arranjos formam MATEMATERIAIS PERÍODICOS 3D, aqui designados VSC (do inglês Vibration Shielding Crystals). Estes dispositivos poderão permitir proteger blocos inteiros de edifícios, usando metamateriais de grande eficiência na filtragem de algumas bandas de frequência. Para além do bom desempenho, estas soluções têm ainda vantagens adicionais quando comparadas com soluções mais tradicionais como trincheiras ou grandes blocos maciços enterrados, uma vez que interferem apenas minimamente com eventuais condições pré-existentes no subsolo, e não requerem a remoção total do terreno pré-existente (sendo menos intrusivas).
O grande desafio é o de conseguir  |
Summary
As vibrações induzidas por veículos de diferentes tipos constituem um problema em grandes cidades, e podem interferir com actividades humanas, provocar problemas de saúde, e acelerar a degradação do património construído.
Numa sociedade moderna, onde a sustentabilidade, a saúde e o conforto estão no topo das prioridades, torna-se crítico pensar novas estratégias para ultrapassar este problema de forma eficaz.
Os metamateriais têm vindo a ganhar terreno em muitas aplicações de engenharia, nomeadamente quando se pretende interferir na propagação do som de forma controlada e dirigida. Neste âmbito, barreiras acústicas constituídas por elementos dispostos de forma periódica, formando um padrão similar a uma estrutura cristalina em grande escala, são uma inovação recente. A protecção de estruturas com este tipo de barreiras é um assunto de vanguarda, ainda a dar os primeiros passos, e que tem com certeza espaço para novas ideias que rompam com o paradigma atual, como as que aqui se propõem.
O nosso objetivo é o de estudar o efeito protetor de arranjos periódicos de elementos simples para mitigar de forma significativa o efeito das vibrações geradas por tráfego. Os elementos a usar podem ser lineares (como estacas cravadas) ou elementos compactos (esferas ou cubos p.ex.) formando uma matriz 3D; em ambos os casos, estes arranjos formam MATEMATERIAIS PERÍODICOS 3D, aqui designados VSC (do inglês Vibration Shielding Crystals). Estes dispositivos poderão permitir proteger blocos inteiros de edifícios, usando metamateriais de grande eficiência na filtragem de algumas bandas de frequência. Para além do bom desempenho, estas soluções têm ainda vantagens adicionais quando comparadas com soluções mais tradicionais como trincheiras ou grandes blocos maciços enterrados, uma vez que interferem apenas minimamente com eventuais condições pré-existentes no subsolo, e não requerem a remoção total do terreno pré-existente (sendo menos intrusivas).
O grande desafio é o de conseguir propor configurações viáveis para ambientes urbanos onde se registem vibrações significativas devido a tráfego ferroviário à superfície, e a tráfego rodoviário. Os arranjos adequados para esse efeito irão depender das características do solo em termos de velocidades de propagação de ondas P, S e de superfície; estas serão definidoras de aspectos importantes como a dimensão e espaçamento dos elementos do VSC, que estão certamente relacionados com os respectivos comprimentos de onda. Ao interceptarem a camada superior do solo, os VSCs irão também interferir com as ondas de superfície, responsáveis por uma parte significativa da energia que chega aos edifícios. Elementos colocados na horizontal ou na vertical podem ser investigados, e distribuições optimizadas necessitarão de um estudo aprofundado. Sendo uma área nova de investigação, a equipa tem consciência do enorme desafio a que se propõe. Ainda assim, alguns resultados preliminares mostram que esta abordagem é viável.
As características 3D da propagação de ondas na presença de VSCs tridimensionais requerem o uso de recursos computacionais muito significativos para a sua análise. Um grande esforço será dedicado à definição de modelos numéricos que analisem, por um lado, modelos 3D realistas usando técnicas altamente optimizadas, e por outro modelos periódicos recorrendo a técnicas mais rápidas mas rigorosas. Inovações significativas são esperadas a este respeito, designadamente com a introdução de modelos acoplados com vários métodos, usando esquemas iterativos de acoplamento e modelos especiais baseados em transformadas espaciai |