PROPEC - Mestrado (Dissertações)

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Bloco de terra comprimida (BTC) fabricado com rejeito de barragem de minério de ferro estabilizado com cimento portland e cinza de eucalipto.
(2024) Gama, Kelly Nara de Carvalho; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Borba Júnior, José Carlos; Fontes, Wanna Carvalho
O processamento de materiais utilizados na construção civil contribui com as altas taxas de emissões globais de CO2. Esse setor necessita de adaptações em seus processos de fabricação de materiais a fim de torná-los mais sustentáveis. O bloco de terra comprimida (BTC) surge como uma alternativa capaz de substituir o tradicional tijolo cerâmico, pois gera uma menor emissão de CO2, economia de energia e possibilidade de incorporar resíduos que poderiam ser descartados no meio ambiente. À vista disso, este trabalho teve como objetivo avaliar as propriedades mecânicas, a durabilidade e a mineralogia de BTC produzidos com rejeito de minério de ferro de Gesteira (RMFG), estabilizado com cimento Portland e cinza de biomassa de eucalipto (CBE). Para isso, os materiais foram caracterizados quanto as propriedades física, química, mineralógica, térmica e microestrutural. Posteriormente, foram moldados protótipos de BTC e, após os tempos de cura de 7 e 28 dias, foram testados para avaliação da qualidade. Os resultados do teste de resistência à compressão indicaram que a inclusão de cimento Portland nos teores de 10 - 7,5% nas misturas forneceram resistência superior ao recomendado de 1,7 MPa. Em contrapartida, a inclusão de CBE na mistura reduziu a resistência na medida em que se elevou o teor de substituição. Todos os protótipos estabilizados mostraram ser eficientes quanto a absorção de água (<20%). Um teor ideal de 7,5% de cimento Portland e 2,5% de CBE mostrou-se ser viável para fabricação de BTC, atendendo aos parâmetros de resistência e durabilidade.
Avaliação numérica de estruturas de madeira sob temperaturas elevadas.
(2024) Ferreira, Caroline Aparecida; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Maximiano, Dalilah Pires; Rego Silva, José Jéferson do
À medida que os gases de efeito estufa aumentam e a redução do impacto ambiental ganha atenção global, os edifícios de madeira surgiram como um ativo vital na busca por um futuro sustentável. Ao longo da história, a madeira tem sido associada ao fogo como um material inflamável, e houve vários relatos de incêndios fora de controle que destacam a importância da segurança contra incêndio. Portanto, o objetivo principal deste estudo é avaliar a resistência ao fogo de estruturas de madeira e contribuir para a validação das implementações de análise térmica transiente de seções transversais de madeira, no módulo CS-ASA/FA (Computational System for Advenced Structural Analysis/Fire Analysis). À medida que a temperatura aumenta, ocorrem mudanças nas características físicas e mecânicas dos membros de madeira, causando a perda da capacidade de resistência e rigidez. Portanto, esta pesquisa visa explorar o programa de computador SAFIR® para realizar as seguintes análises: análise térmica e termomecânica de estruturas de madeira. Ao conduzir a primeira análise, torna-se possível calcular o campo de temperatura da seção transversal dos membros de madeira em um regime transitório, ao mesmo tempo em que obtém informações sobre a degradação das propriedades do material. A segunda análise fornece os deslocamentos, forças internas, tempo crítico e/ou temperatura crítica da elementos estruturais de madeira durante o colapso. Os resultados numéricos aqui obtidos foram comparados e validados com aqueles da literatura (resultados experimentais). A metodologia numérica desenvolvida permite estudos mais realistas de elementos isolados e sistemas estruturais de madeira, possibilitando projetos baseados em segurança, economia e sustentabilidade.
Otimização topológica e paramétrica de pilares de concreto armado via algoritmo genético.
(2024) Araújo, Lucas Teixeira; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus.; Ribeiro, José Carlos Lopes
Dimensionar um pilar é uma tarefa complexa que, por ser feita de maneira aproximada, resulta em seções muitas vezes antieconômicas. Na literatura, é possível encontrar diversas metodologias que buscam otimizar esses elementos estruturais, podendo citar, dentre elas, os Algoritmos Genéticos (AGs). Os AGs são algoritmos de otimização probabilística, inspirados na teoria da evolução em que os indivíduos (soluções) têm uma maior probabilidade de serem selecionados e influenciar as gerações futuras. Foi feita, neste trabalho, uma extensa pesquisa a fim de determinar o estado da arte no que tange a otimização de pilares de concreto armado através dos AGs. Buscou-se utilizar os Algoritmos Genéticos para realizar uma otimização tanto topológica quanto paramétrica de pilares de concreto armado, levando em consideração as não linearidades físicas e geométricas. Utilizou-se o Método dos Elementos Finitos (MEF) para o cálculo dos deslocamentos, em que as não linearidades são calculadas através de um processo incremental iterativo. O dimensionamento dos pilares foi feito de tal maneira que todos os parâmetros normativos da NBR 6118 fossem respeitados. Utilizando a linguagem C++ de programação, desenvolveu-se um algoritmo que, para um pilar submetido à flexão composta oblíqua, define o melhor tipo de seção (podendo ser Retangular, circular, triangular ou “L”) bem como a quantidade mínima de aço de maneira que o custo do elemento estrutural seja o menor possível. Através dos exemplos testados, verificou- se a eficiência do algoritmo desenvolvido neste trabalho, uma vez que os custos obtidos dos exemplos testados foram menores do que os resultados encontrados na literatura.
Otimização de vigas em perfis formados a frio utilizando algoritmos genéticos.
(2024) Santana, Nalberth Vicentin; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Neves, Francisco de Assis das; Souza, Flávio Teixeira de
Elementos estruturais em perfil formado a frio são fabricados a partir do dobramento de chapas metálicas esbeltas, conferindo às obras civis a redução do peso estrutural e facilidades no transporte e armazenagem. Esses perfis possuem diversas aplicações na construção civil, como os sistemas de armazenagem industrial. Por serem fabricados com chapas finas, esses elementos estruturais estão sujeitos à fenômenos de instabilidade que podem reduzir a resistência. As análises de estabilidade elástica necessárias à avaliação dos perfis formados a frio são executadas por métodos que fornecem a curva de assinatura característica de cada seção. Alguns programas de análise, como o CUFSM, possuem código aberto, o que facilita a integração a algoritmos de otimização, como o Algoritmo Genético. No processo de otimização estrutural de vigas, é importante que se obtenha soluções que possibilite a redução da área de seção transversal e deslocamento sem comprometimento da resistência do elemento. O presente estudo teve como objetivo a obtenção de seções transversais de vigas em perfil formado a frio otimizadas para sistemas de armazenagem industrial porta-pallets. Os perfis otimizados foram obtidos a partir da aplicação de funções objetivo e resolução via Algoritmo Genético. O cálculo do momento fletor resistente característico foi realizado de acordo com o Método da Resistência Direta da ABNT NBR 14762/2010, com cargas críticas definidas por análise de estabilidade elástica com o CUFSM, em uma rotina de análise implementada pela plataforma MATLAB. Quatro seções foram estudadas, verificando o conjunto ótimo de altura, largura e enrijecedores que atendiam aos objetivos definidos pelas funções, assumindo valores de referência de uma seção retangular tipicamente utilizada. Os resultados demonstram a possibilidade de fabricação de vigas em perfil formado a frio que consumam menos material e/ou que possuam melhor momento de inércia em relação à seção de referência, sem o comprometimento da resistência do elemento estrutural. Conclui-se que algumas combinações de enrijecedores que tornam as seções mais simples são mais eficientes que soluções complexas.
Formulação numérica baseada no MRPR para análise de pórticos mistos com ligações semirrígidas.
(2024) Teles, Luiz Otávio Menezes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silva, Amilton Rodrigues da; Rodrigues, Marcos Antonio Campos
O Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) foi inicialmente desenvolvido para ana- lisar estruturas de aço, sendo necessário ajustá-lo para modelar elementos de concreto armado ou mistos aço-concreto. Isso envolveu a modificação do momento de inércia das seções transversais para capturar os efeitos da fissuração. Essa pesquisa concentrou-se em realizar análises não lineares de pórticos de aço e mistos usando o MRPR, conside- rando ligações semirrígidas entre vigas e pilares e o efeito da inelasticidade do material. As ligações semirrígidas e o efeito da inelasticidade foram modeladas por pseudo-molas em série de comprimento nulo nas extremidades dos elementos finitos. A implementação computacional baseou-se no sistema CS-ASA, que possui v ́arias formulações não lineares e estratégias de solução para problemas estáticos não lineares. A não linearidade geomé- trica é considerada via abordagem corrotacional e a plasticidade foi incorporadas nos nós avaliando as curvas de interação de esforços construídas via Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). Os resultados numéricos obtidos neste estudo, levando em con- sidera os efeitos não-lineares mencionados, demonstraram uma notável proximidade com as respostas numéricas e experimentais encontradas na literatura.
Proposição de geopolímeros obtidos por meio da ativação ácida do rejeito de barragem de minério de ferro com uso de ácido fosfórico.
(2023) Carvalho, Aldo Ribeiro de; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Oliveira, Thaís Mayra de; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Oliveira, Thaís Mayra de; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Fontes, Wanna Carvalho
O cimento Portland é um dos materiais mais consumidos pela indústria da construção civil e é responsável pela emissão de elevados teores de CO2. A indústria da mineração também gera impactos ambientais por meio do grande volume de subprodutos produzidos e estocados em barragens, que representam risco para a sociedade em caso de seu rompimento. Assim, uma alternativa que contempla ambas as indústrias supracitadas é a reintrodução dos rejeitos do beneficiamento de minerais em processos construtivos. O presente trabalho visa utilizar o Rejeito de Barragem de Minério de Ferro (RBMF) como precursor geopolimérico ativado com o ácido fosfórico 85%. Para isso, foi caracterizado o RBMF por meio de ensaio de massa específica, massa unitária, composição granulométrica, superfície específica, teor de finos, microscopia de varredura eletrônica, fluorescência de raio X, difração de raio X, análise termogravimétrica, ensaio de perda ao fogo e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. Em seguida, para a produção da matriz, o RBMF foi beneficiado a partir da moagem em moinho de bolas por 3h, seguido da queima a 600°C por 4h. Então, com o RBMF beneficiado, foi realizada a mistura em uma argamassadeira com a solução de ácido fosfórico na proporção de 0,3 massa líquido/massa sólido. Em seguida, foram moldados os corpos de prova e submetidos à cura térmica a 60° e 80°C. A desmoldagem ocorreu após 7 dias, e os ensaios de caracterização ocorrem aos 7 e 28 dias. Para caracterizar as matrizes desenvolvidas foi realizado ensaio de densidade aparente, resistência à compressão, microscopia de varredura eletrônica, difração de raio X e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. Entre os resultados tem-se que a cura térmica a 60°C viabiliza matrizes com maior média de resistência à compressão. Infere-se que as matrizes produzidas são consideradas geopolímeros à base de fosfato e que podem ser aplicadas, em algumas circunstâncias, na construção civil. Por fim, evidencia-se o ineditismo desta pesquisa, visto que na literatura conhecida não existem estudos que desenvolveram geopolímeros a partir do ácido fosfórico com o RBMF.
Concretos de rejeito de barragem de minério de ferro : uma investigação de suas propriedades à avaliação do ciclo de vida de soluções de engenharia para blocos segmentais.
(2023) Weba, Luciana Chaves; Fontes, Wanna Carvalho; Carvalho, José Maria Franco de; Fontes, Wanna Carvalho; Carvalho, José Maria Franco de; Pedroti, Leonardo Gonçalves; Caldas, Lucas Rosse
A mineração e a construção civil são fundamentais para o desenvolvimento econômico global, porém podem acarretar impactos negativos, como acidentes geotécnicos, emissões de gases de efeito estufa e degradação ambiental. Ainda, no Brasil, eventos recentes como os rompimentos das barragens de Mariana e Brumadinho ressaltaram a necessidade de encontrar soluções sustentáveis para o gerenciamento dos rejeitos provenientes da mineração. Uma possível alternativa é a utilização de Rejeitos de Barragem de Minério de Ferro (RBMF) como componente de compósitos cimentícios. Nesse contexto, o objetivo desta pesquisa foi investigar os efeitos da incorporação de RBMF em concretos destinados à produção de blocos segmentais, utilizados para o paramento de sistemas de contenção de encostas. A análise abordou as emissões de CO2 e a energia incorporada ao longo do processo produtivo, levando em consideração dois modelos de blocos (A e B), assim como dois cenários de produção: um na planta industrial localizada na empresa mineradora e outro em uma planta industrial, na região metropolitana. Inicialmente, foi realizada uma revisão sistemática abrangente sobre os métodos, softwares e bancos de dados mais utilizados nas Avaliações do Ciclo de Vida (ACV) de concretos, bem como sobre o Potencial de Aquecimento Global (PAG) associado ao ciclo de vida desses materiais. Os resultados confirmaram a alta contribuição da produção de concreto para o PAG, com variações médias de 160 a 795 kg CO2eq./m3 entre os concretos analisados. Em seguida, realizou-se uma avaliação das características físicas, mecânicas e ambiental dos concretos contendo RBMF, com substituições parciais de 25%, 50% e 75% ao total de agregados miúdos. O concreto com 25% de substituição apresentou resultados físico-mecânicos satisfatórios. A etapa de produção de matérias-primas foi a mais impactante, contribuindo com aproximadamente 98% das emissões de CO2 e 86% da energia incorporada. Apesar das considerações sobre as distâncias de transporte, constatou-se que a fabricação na mineradora não proporciona ganhos significativos de desempenho ambiental. No entanto, destaca-se que os blocos do tipo B apresentaram uma redução de cerca de 6%, enquanto o concreto do tipo A revelou uma diferença de 30% em desempenho mecânico-ambiental em comparação com os blocos convencionais, destacando o potencial dos concretos com RBMF na produção de blocos segmentais para a construção civil.
Identificação de anomalias em edifícios industriais com base em técnicas de inteligência artificial e imagens obtidas com veículos aéreos não tripulados.
(2022) Santos, Rafael Lemos dos; Alves, Vinicius Nicchio; Ribeiro, Diogo Rodrigo Ferreira; Alves, Vinicius Nicchio; Ribeiro, Diogo Rodrigo Ferreira; Valença, Jónatas Miguel de Almeida; Rodrigues, Maria Fernanda da Silva
O monitoramento e a inspeção das estruturas garantem segurança aos usuários e representam, muitas vezes, economia para os órgãos fiscalizadores, que assim podem programar manutenções corretivas. O desenvolvimento de novas tecnologias tem possibilitado a realização de inspeções de maneira mais objetiva e menos arriscada para os operadores envolvidos. A detecção de anomalias visíveis pode ser realizada com o auxílio de algoritmos de inteligência artificial (IA) aplicados a imagens, dos quais destaca-se a Mask R-CNN (Mask Region based Convolutional Neural Network), desenvolvido em 2018 e que constitui o algoritmo mais atualizado para a segmentação por instâncias. Conjuntamente com os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), a Mask R-CNN se torna uma ferramenta poderosa, podendo, assim, acessar as regiões mais remotas de uma estrutura e fornecer resultados confiáveis. Neste contexto, o presente trabalho se propôs a desenvolver uma aplicação baseada na Mask R-CNN, buscando o melhor ajuste entre os seus hiperparâmentros, para a identificação de corrosões em galpões industriais construídos com painéis sanduíche. O algoritmo para o desenvolvimento da ferramenta foi elaborado com a linguagem de programação Python, utilizando a biblioteca Detectron2. Bancos de dados rotulados são extremamente raros e de difícil construção, para solucionar este problema, no âmbito deste trabalho, coletaram-se imagens com o VANT DJI Mavic Enterprise Advanced que foram rotulados com o VGG Image Annotator (VIA), formando um inédito dataset com 8400 imagens de corrosões em painéis sanduíches em alta resolução, que foi dividido em treino, validação e teste. A avaliação desta solução deu-se pela utilização de métricas consolidadas na IA, como a precisão, o recall e a precisão média. Como resultado, obteve-se uma ferramenta capaz de otimizar as operações de inspeção em grandes edifícios industriais, identificando corrosões com precisão e recall de 83 e 85%, respectivamente, e precisão média de 65% com Intersection Over Union de 50% para a detecção.
Estratégias de continuidade para análise não linear de seções transversais mistas de aço-concreto : uma avaliação à flexão biaxial.
(2023) Lima, Pedro Henrique Andrade; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Horowitz, Bernardo; Barros, Rafael Cesário
O presente estudo teve como objetivo a análise não linear de seções transversais mistas aço-concreto. O método de compatibilidade de deformação (MCD) foi usado para descrever a configuração deformada das seções em cada etapa do processo de solução incremental-iterativa. Para a análise completa da relação momento-curvatura, o MDC foi acoplado a estratégias de continuidade (técnica de deslocamento generalizado adaptada e método de deslocamento residual mínimo adaptado) para ir além dos pontos críticos de momento fletor na construção das relações que descrevem o completo comportamento mecânico da seção transversal. As relações constitutivas foram abordadas explicitamente, assim como as tensões residuais presentes nas seções de aço. Foram realizados avaliações da flexão composta oblíqua para cada esforço normal aplicado, onde foi considerado as combinações dos momentos fletores entorno dos eixos de maior e menor inércia, considerando diferentes inclinações da linha neutra da seção. Para validar a formulação numérica proposta, os resultados obtidos foram comparados com os dados numéricos disponíveis na literatura, e quando comparados foi possivel concluir que as implementações foram bem sucedidas e obtiveram resultados condizentes com a literatura. Além disso, o efeito de amolecimento no concreto foi aumentado para induzir trechos descendentes na relação momento-curvatura, e essa condição foi avaliada corretamente.
Estudo da ativação alcalina de cinzas de biomassa florestal com adição de argila.
(2023) Guimarães, Larissa Gabriela; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Bezerra, Augusto Cesar da Silva
Os Cimentos Alcalinos Ativados (CAA) possuem um grande potencial para substituir o Cimento Portland convencional e um resíduo ainda pouco explorado para este fim é a Cinza de Biomassa Florestal (CBF). Diante disso, o objetivo deste trabalho foi investigar a ativação alcalina de duas CBFs (CBF1 e CBF2) a partir da produção de pastas álcali- ativadas produzidas sem NaOH (pasta padrão) e com 3%, 6% e 9% de NaOH, bem como analisar a influência da substituição parcial da CBF2 por argila não calcinada (AG). Os materiais precursores foram caracterizados física, química, morfológica e mineralogicamente e as pastas, submetidas a ensaios retração, absorção, resistência mecânica e composição mineralógica. Os resultados apontam que as CBFs coletadas para o trabalho apresentam diferenças significativas em sua composição. A CBF1 se apresentou como um ligante ativo sendo capaz de reagir espontaneamente com água. As matrizes à base de CBF1 não apresentaram retração, e, em todos os casos, apresentaram estabilidade em água. A resistência mecânica obtida aos 91 dias ficou entre 6,3-6,6 MPa. Já as matrizes à base de CBF2 apresentaram alta retração e não possuíam estabilidade em água. O aumento do teor de NaOH reduziu a retração e aumentou a estabilidade em água, embora a resistência mecânica, no melhor caso, não tenha alcançado 1,5 MPa. Os resultados de DRX mostram que a ativação alcalina da CBF2 viabilizou a formação de zeólitas do tipo Chabazita-Na e Sodalita.
Resistência e segurança de barras em perfis formados a frio submetidas à força cortante.
(2023) Costa, Frederico Borges; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de; Vieira, Washington Batista
Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência e a segurança de barras de perfis formados a frio submetidas à força cortante. Os principais objetivos são o estudo das equações de projeto com ênfase no Método da Resistência Direta (MRD) e a análise da confiabilidade estrutural. Na norma brasileira o MRD está previsto para os casos de compressão e flexão, mas para força cortante ainda não foi incorporado. Inicialmente, foi realizado um estudo do erro do modelo da formulação da norma brasileira, do MRD especificado na norma norte-americana, e de uma proposta no formato MRD desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Queensland. Desta forma, foram selecionados da literatura resultados experimentais de vigas de seção aberta relativamente curtas, priorizando o esforço cortante, contendo enrijecedores transversais nos locais de carga concentrada de alma para evitar falha por web crippling. O uso de enrijecedores transversais de alma nos protótipos resultam numa resistência pós-flambagem devido ao aumento da eficiência da ação do campo de tração (ACT) no plano da alma. Observou-se uma relativa discrepância na resistência ao cisalhamento nas vigas ensaiadas, das diferentes referências, provavelmente devido a certas especificidades na disposição dos enrijecedores transversais de alma, influenciando a eficiência da ACT. A sobreposição dos dados de ensaios em relação às curvas de resistência ao cortante mostrou que a formulação de projeto negligenciando a ACT é muito conservadora. No entanto, a consideração da ACT no MRD leva a melhores resultados. Na sequência, foram aplicados os métodos de confiabilidade FOSM, FORM e Simulação de Monte Carlo. Os índices de confiabilidade (β) foram calculados para as combinações de ações das normas norte- americana e brasileira. Os valores de β obtidos mostraram certa uniformidade, e mesmo quando foram inferiores aos índices de confiabilidade alvo, os desvios foram moderados. No processo de calibração da norma brasileira, o coeficiente de ponderação da resistência (γ) de 1,15 estaria adequado, caso uma das opções deste estudo no formato do MRD fosse adotada.
Otimização do projeto de vigas de concreto protendido usando algoritmo genético.
(2023) Carvalho, Tawany Aparecida de; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Inoue, Hisashi; Fernandes, Walliston dos Santos
A utilização de concreto protendido apresenta diversas vantagens para a construção civil, dentre elas: a possibilidade de seções mais esbeltas e redução do peso próprio; melhor comportamento em relação aos estados limites de serviço de deformação excessiva e de abertura de fissuras; e a redução ou até eliminação das fissuras gerando uma consequente maior durabilidade do elemento estrutural. No entanto, o projeto dessas estruturas ainda possui algumas dificuldades devido ao número de variáveis envolvidas no processo. Visto isso, o objetivo do presente trabalho é implementar e validar um algoritmo evolucionário de otimização estrutural, que buscará minimizar as dimensões da seção transversal de vigas retangulares de concreto protendido para diferentes tipos de carregamentos, vãos, condições de apoios, entre outros, considerando dois métodos de otimização. No processo, são usados elementos finitos de barra para modelar as vigas e elementos finitos de interface para posicionar o cabo de protensão em relação ao eixo da barra, que também representam a interface cordoalha-concreto, simulando o deslizamento entre o concreto e a armadura ativa. Para a busca da solução ótima, é utilizado o algoritmo genético onde o valor de aptidão do indivíduo consiste em definir a menor seção transversal para a viga retangular de concreto protendido, variando o traçado do cabo de protensão e considerando os estados limites de serviço e último. Tal condição é definida através de uma análise não linear da estrutura usando a plataforma de análise de elementos finitos FEMOOP. Após a implementação da formulação apresentada, percebeu-se pelos exemplos e resultados que os métodos implementados neste trabalho se mostraram eficientes para o dimensionamento otimizado de vigas protendidas. A formulação apresentada permite o dimensionamento de vigas com análise estrutural complexa apresentando no final a altura da seção retangular, bem como o traçado do cabo de protensão. Verificou-se que o traçado do cabo de protensão não altera significativamente a capacidade de carga da viga protendida, desde que os diferentes traçados produzam curvaturas inversas ao do carregamento aplicado à viga nos pontos de momentos críticos.
Influência da adição de compósito estabilizador no comportamento reológico de rejeitos de minério de ferro depositados em barragens.
(2022) Matias, Ana Carolina de Paula; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Marques, Eduardo Antônio Gomes; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Marques, Eduardo Antônio Gomes; Carvalho, José Maria Franco de; Cury, Alexandre Abrahão
Os grandes riscos socioambientais que uma barragem de contenção de rejeitos oferece impulsionam estudos sobre a estabilidade desse material ao longo da vida útil dessas estruturas, assim como sobre a correta destinação dos rejeitos armazenados. A estabilidade estrutural de barragens tornou-se um tema cada vez mais frequente nas empresas de mineração, órgãos reguladores e no meio acadêmico, acentuado após o rompimento das barragens de Fundão em Mariana, MG (2015) e B1 em Brumadinho, MG (2019) com alcance nacional e internacional. O gerenciamento do sistema de contenção de rejeitos deve ser realizado durante todo o ciclo de vida da estrutura envolvida, desde a sua construção, operação, até o seu descomissionamento e desativação. O uso de modelos reduzidos tem sido uma alternativa para a avaliação do comportamento de uma estrutura em verdadeira grandeza (protótipo), por se constituir de alternativa técnica e economicamente viável. A Teoria da Similitude e a análise dimensional fornecem meios para estabelecer a similaridade de comportamento entre o original e o modelo reduzido. Considerando-se o atual estado das barragens de rejeitos no Brasil e sua potencial instabilidade, este estudo propõe a utilização de um compósito estabilizador constituído por powder de escória de aciaria, linear alquil benzeno sulfonato de sódio (LAS), cloreto de sódio e cimento Portland, capaz de influenciar de forma positiva a estabilidade dos rejeitos depositados em barragens. Dessa forma, busca-se tornar os processos de operação e descaracterização dos sistemas de contenção mais seguros e eficientes. Avaliou-se o comportamento reológico de rejeitos de minério de ferro com adição de compósito estabilizador nas dosagens de 0,75%, 1,5%, 3%, 6%, 12%, 24% e 48% em relação à massa de sólidos desses rejeitos, durante intervalos de tempo de 2h, 6h, 24h, 48h, 96h e 144h. Para efeitos de comparação também foi produzida uma matriz referência (sem adição de estabilizador). Os dados obtidos a partir dos ensaios de reologia foram utilizados em simulações numéricas com o auxílio do FLOW-3D®. A partir dos resultados verificou-se que o compósito estabilizador é capaz de aumentar a viscosidade dos rejeitos, sendo uma opção viável para estabilização do material depositado em barragens, ainda que em situação de ruptura.
Aditivo dual para matrizes de cimento Portland.
(2022) Carvalho, Victor Rezende; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Carvalho, José Maria Franco de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
A escória de aciaria é um resíduo da indústria siderúrgica que pode ser utilizado como adição mineral, atuando na melhoria das propriedades mecânicas e físicas de matrizes cimentícias. O bagaço de cana-de-açúcar, por outro lado, é um resíduo da indústria sucroalcooleira do qual pode ser extraída a lignina, um polímero natural que apresenta propriedades plastificantes quando adicionado em concretos e argamassas. Nesse sentido, este trabalho propõe a elaboração de um Aditivo Dual (AD), a partir da incorporação de escória de aciaria e aditivo à base de lignina em matrizes de cimento Portland. Resíduos de diferentes etapas do pós-processamento de uma escória de aciaria LD foram beneficiados e transformados em powders LD. Licores residuais à base de lignina foram avaliados como aditivos plastificantes. Os licores foram extraídos do bagaço de cana-de-açúcar pelo pré-tratamento Organosolv utilizando diferentes teores de água. Após caracterização dos materiais, foram definidos um powder LD e um aditivo à base de lignina para a produção dos ADs. As proporções de aditivo e powder LD nos ADs foram definidas por duas estratégias de dosagem, que deram origem aos aditivos AD1 (40% em massa de powder LD e 60% de aditivo) e AD2 (50% em massa de cada material). Por fim, matrizes de cimento não aditivadas (REF) e matrizes contendo 5, 10 e 15% de AD1, AD2 e sílica em suspensão comercial (SS) em relação à massa de cimento foram avaliadas nos estados fresco e endurecido. Os resultados obtidos no estado fresco indicaram que todas as dosagens de AD1 e AD2 promoveram aceleração do tempo inicial e retardo significativo do tempo final de pega. Ainda, o maior teor de aditivo à base de lignina no AD1 favoreceu o seu desempenho plastificante. Na dosagem de 15%, o AD1 promoveu um espalhamento de 210,3 mm, enquanto o AD2 promoveu um espalhamento de 190,1 mm no ensaio de índice de consistência. A dosagem de 15% de SS promoveu um espalhamento de 166,1 mm e a matriz REF apresentou um espalhamento mínimo (120 mm). No estado endurecido, todas as dosagens de AD1 e AD2 contribuíram para o incremento de resistência à compressão em relação à matriz REF. Os acréscimos de resistência observados aos 56 dias foram de até 29% para as argamassas contendo AD1 e 34% para as argamassas contendo AD2. Verificou-se ainda que todas as dosagens de AD1 e AD2 promoveram um refinamento significativo da estrutura de poros das matrizes de cimento. O presente trabalho oferece novas possibilidades para o uso de resíduos industriais em compósitos à base de cimento e contribui para o desenvolvimento sustentável, tecnológico e econômico na construção civil e na indústria.
Argamassas isolantes térmicas para revestimento com resíduos da mineração e siderurgia.
(2022) Martins, Letícia Matias; Mendes, Júlia Castro; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Mendes, Júlia Castro; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Fontes, Wanna Carvalho; Bastos, Pedro Kopschitz Xavier
As indústrias mineradora e siderúrgica geram volumes significativos de resíduos e problemas ambientais no Brasil. Ao mesmo tempo, o setor da construção civil é responsável por um consumo elevado de recursos naturais não renováveis, como é o caso da areia natural, agravando esse cenário. Neste contexto, o presente trabalho buscou desenvolver uma argamassa de revestimento isolante térmica a partir da substituição completa do agregado natural por Quartzito Friável (QF) e adições de Powder de Escória de Aciaria (PEA). O PEA é um resíduo da indústria siderúrgica e foi usado na matriz a fim de melhorar suas propriedades térmicas e como material cimentício suplementar. O QF é um material intemperizado da camada superior das jazidas de quartzito, uma rocha ornamental, mas que não é próprio para uso comercial. Visando preencher lacunas do conhecimento em relação ao QF, inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica sistemática para elucidar a aplicação deste resíduo em materiais de construção. A literatura mostrou que, apesar das características físico-químicas promissoras, o QF ainda é pouco estudado e aplicado. Na segunda etapa, experimental, realizamos o desenvolvimento da argamassa proposta. Para melhor caracterização do QF e da areia de rio, foram realizadas análises físicas, químicas, mineralógicas e morfológicas. Em sequência, foram produzidos três tipos de argamassas: 1) convencionais (com areia de rio e sem aditivos), 2) industrializada (comercialmente disponível) e 3) com os resíduos estudados (QF+PEA). Foram testadas duas porcentagens de adição de PEA: 5% e 10% e uma argamassa sem adição. Como resultado, o QF apresentou características semelhantes ao agregado natural, exceto pelo teor elevado de material pulverulento. A argamassa com 5% de PEA apresentou a menor condutividade (-50% em relação à convencional) e o maior calor específico. Foi possível analisar que o sistema de poros da matriz influenciou significativamente nesse resultado. Em conclusão, a utilização desses resíduos mostrou-se uma alternativa promissora.
Análise numérica de ligações soldadas entre pilar de seção RHS e viga de seção “I”.
(2021) Barros, Henrique Teixeira Godoi de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Lima, Luciano Rodrigues Ornelas de; Nunes, Gabriel Vieira
As seções tubulares apresentam características mecânicas que as credenciam para aplicação em diferentes tipos de estruturas. Tradicionalmente empregadas em coberturas espaciais, a utilização de colunas tubulares associadas as vigas de seção “I” é uma alternativa crescente em concepções de pórticos estruturais. No dimensionamento dessas ligações, a consideração da rigidez inicial é uma etapa importante considerando-se sua influência nos deslocamentos e esforços internos da estrutura. As normas nacionais e internacionais ainda não apresentam a abordagem dessas ligações, quanto a rigidez. Nesse contexto, foram analisadas ligações soldadas, tipo T , uniplanar entre perfil tubular retangular e viga de seção “I”, considerando flexão no plano. O estudo foi realizado através de análises numéricas, via método dos elementos finitos (MEF), em um software comercial (ANSYS). A calibração do modelo numérico foi realizada com resultados experimentais. Após a validação do modelo, foi realizado um estudo paramétrico variando as dimensões da seção transversal do tubo (espessura, comprimento da parede frontal e lateral) e da viga (largura do flange,altura da alma e comprimento) para verificar a influência desses parâmetros geométricos na rigidez inicial da ligação. Os resultados foram utilizados na elaboração de uma equação para a rigidez inicial e na proposição de uma adaptação ao Método das Componentes, de acordo com as diretrizes propostas pelo Eurocode 3.
Avaliação da aplicabilidade de resíduos pandêmicos na produção de Compósitos Madeira-Plástico.
(2022) Santos, Anderson Ravik dos; Fontes, Wanna Carvalho; Patricio, Patrícia Santiago de Oliveira; Fontes, Wanna Carvalho; Patricio, Patrícia Santiago de Oliveira; Ayres, Eliane; Carvalho, José Maria Franco de
A pandemia de Covid-19 proporcionou um aumento na geração de resíduos, em especial de papelão ondulado e de máscaras de proteção individual fabricadas com Tecido Não Tecido (TNT), cuja principal matéria-prima é o Polipropileno (PP). Nesse contexto, o presente trabalho verificou a aplicabilidade do PP, proveniente de máscaras de TNT descartadas, e de resíduos de papelão ondulado na produção de Compósitos Madeira-Plástico (CMP), como matriz polimérica e carga de enchimento, respectivamente. Foi realizada uma revisão sistemática abrangente acerca dos CMP, bem como três pesquisas experimentais envolvendo a produção de: I – uma blenda polimérica a partir de Polipropileno Virgem (PPv) e Polipropileno Reciclado (PPr); II – um compósito polimérico a partir de PPv e Papelão Ondulado reciclado (POr); e finalmente, III – CMP à base de PPv com a incorporação simultânea dos dois materiais pós- consumo (PPr e POr), submetidos a duas formas de processamento diferentes (extrusão e homogeneização termocinética). Os compósitos e blendas confeccionados foram rompidos em ensaios normatizados de tração e flexão e também submetidos a ensaios de absorção de água e inchamento. A pesquisa envolvendo CMP com ambos materiais residuais (III) ainda utilizou de imagens via Microscopia Eletrônica de Varredura e análise termogravimétrica. Os resultados evidenciam uma versatilidade dos CMP e blendas produzidos, tanto em composição, quanto em produção e desempenho. As faixas de temperatura utilizadas nos procedimentos foram validadas de forma que os materiais propostos podem ser aplicados sem risco de decomposição ou combustão. Nas pesquisas utilizando apenas um material residual, foi possível obter uma blenda com 50% de PPr com propriedades equivalentes à resina virgem, principalmente em relação a resistência à tração, e um compósito com 10% de POr que apresentou um equilíbrio entre melhores propriedades de rigidez e maior reaproveitamento de resíduos. Na pesquisa utilizando ambos materiais residuais (PPr e POr), o processo de homogeneização termocinética seguida por redução de partículas mostrou-se ineficiente, ocasionando o pior desempenho físico-mecânico. Em contrapartida, o compósito produzido via extrusão alcançou desempenho físico-mecânico superior aos demais compósitos de referência, incluindo uma amostra de CMP comercial. Desta forma, os CMP se mostraram uma promissora alternativa para a mitigação de impactos relacionados à poluição ambiental, destinação inadequada de resíduos e exploração de madeiras naturais, tornando os processos produtivos mais eficientes e ecológicos.
Análise da influência dos contraventamentos em painéis de sistemas de armazenagem.
(2021) Dias, Otávio Teixeira; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Mesacasa Junior, Enio Carlos; Souza, Flávio Teixeira de
Os sistemas de armazenagem industrial, ou racks, são estruturas utilizadas para armazenar e distribuir produtos manufaturados. Em geral, eles são fabricados em perfil formado à frio, de chapa fina, que garante aos perfis boa relação massa/resistência, flexibilidade da forma da seção transversal, além de facilidade de produção, manuseio e transporte. Nos Racks, a estabilidade no plano transversal está relacionada aos painéis contraventados, também chamados de montantes. O objetivo deste trabalho é analisar a influência dos contraventamentos e diferentes arranjos no comportamento e resistência dos montantes que formam o sistema de armazenagem. Para tanto, foi desenvolvida uma campanha experimental que determinou a capacidade de carga axial de montantes, com colunas de seção transversal do tipo rack, considerando variações no comprimento, nas condições de apoio e na disposição dos contraventamentos, através da montagem alternativa do ensaio de compressão descrito na norma BS EN 15512 (2009). Os resultados indicaram a dominância da flambagem distorcional como modo de falha, com características abruptas, além de pouca influência das condições de apoio na capacidade de carga dos protótipos. As alterações realizadas na configuração dos contraventamentos não são se mostraram suficientes para amenizar a falha, entretanto permitiram o crescimento da capacidade resistente. Outrossim, os ensaios realizados indicaram mecanismos de instabilidade que propiciaram estudos adicionais e a proposição de um aparato de enrijecimento da coluna, aumentando a carga de flambagem quanto ao modo distorcional. Foram determinadas a capacidade de carga experimentais de colunas isoladas e montantes com os aparatos de travamento propostos. Além da capacidade de carga, foram analisados os modos de instabilidade e sua relação com a carga última dos protótipos, através da análise dos deslocamentos das colunas. Notou-se que a utilização do aparato de travamento induz a falha no menor comprimento destravado, ocasionado pela mudança na seção transversal da coluna, que passa a se comportar como uma seção fechada na região onde esses elementos são fixados.
Segurança de colunas rack dimensionadas por adaptações do método da resistência direta.
(2023) Faria, Victor Antônio Moreira de; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de; Mesacasa Junior, Enio Carlos
As colunas rack, amplamente utilizadas em sistemas de armazenagem industrial, possuem perfurações ao longo de seu comprimento, para garantir a versatilidade e a liberdade de montagem características desse sistema estrutural. As perfurações reduzem a capacidade resistente da coluna, e assim as normas que regem os projetos dessas estruturas precisam garantir que colunas utilizadas nessas condições atendam padrões de segurança. Este trabalho teve como objetivo avaliar a segurança presente no dimensionamento via Método da Resistência Direta (MRD) de colunas rack perfuradas. Foram utilizados os métodos de confiabilidade FOSM, FORM e a Simulação de Monte Carlo (SMC). Para se obter o Erro de Modelo (P) foi elaborado um banco de dados experimentais de ensaios de vários autores, para serem comparados a adaptações do MRD para colunas perfuradas. Os índices de confiabilidade (β) foram calculados para as combinações de ações dos métodos LRFD e LSD das normas AISI S100 e ANSI MH16.1 e a combinação presente na NBR 15524-2. Os valores de β obtidos usando sete das metodologias se mostraram abaixo dos alvos de calibração do LRFD (β଴ = 2,5), do LSD (β଴ = 3,0) e da NBR 14762 (β଴ = 2,5). Os valores de β obtidos pelas metodologias baseadas na versão do Método de Redução da Espessura (MRE) da norma ANSI MH16.1 ficaram mais próximos do alvo de 2,5 do LRFD e da norma brasileira. Os resultados obtidos pelo FORM se mostraram próximos dos obtidos por SMC. As variáveis que mais influenciaram nos resultados de β foram a ação variável e o erro de modelo, especialmente quando seus coeficientes de variação são altos. Para as metodologias não baseadas no MRE, há uma necessidade de ajuste do coeficiente de ponderação da resistência φ para valores na ordem de 0,60 para o LRFD e γ por volta de 1,60 para uma adoção do método pela norma brasileira. Para a metodologia adotada na norma ANSI MH16.1, o valor atual de φ = 0,85 é conservador para falha por flambagem distorcional. Os métodos baseados no MRE são melhores na previsão da falha com flambagem local, mas ainda assim imprecisos na previsão desse fenômeno, de forma que somente um valor de φ = 0,81 satisfaz o alvo de calibração do LRFD de acordo com o FORM.
Adensamento e simulação do processo de enchimento do reservatório de uma barragem para contenção de rejeitos de ouro.
(2006) Pereira, Brasileu Agnaldo; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Espósito, Terezinha de Jesus; Queiroz, Paulo Ivo Braga de
Em projetos de disposição de rejeitos de mineração por via úmida, as análises da capacidade de estocagem do reservatório demandam o conhecimento das características de compressibilidade e adensamento dos resíduos lançados, função primária da natureza e da granulometria do material. No caso de rejeitos finos, com elevadas proporções de partículas da fração argila, como ocorrem no caso de rejeitos de ouro, a previsão do comportamento dos resíduos e a formulação de um modelo deposicional consistente não podem ser baseados em ensaios convencionais. No projeto de sistemas de contenção de rejeitos finos (como no caso de minerações de ouro), um aspecto extremamente relevante é a determinação das propriedades tecnológicas dos materiais em termos de compressibilidade e adensamento nos reservatórios, de forma a se quantificar a vida útil de tais empreendimentos. De uma maneira geral, o material é lançado de forma quase aleatória, não sendo estabelecido nenhum controle das variáveis que influenciam o processo de deposição. O conhecimento dos mecanismos de deposição hidráulica resultaria em um maior entendimento do comportamento destes aterros sob o ponto de vista geotécnico e, desta forma, poder-se-ia controlar a qualidade do processo construtivo, mesmo que, durante a construção, as variáveis de descarga e lançamento fossem alteradas O trabalho consiste na avaliação das propriedades constitutivas do adensamento de rejeitos de ouro de uma mineração de ouro (Anglogold Ashanti, antiga Morro Velho), com a utilização do Ensaio de Adensamento Hidráulico (HCT com bomba de fluxo), disponível no Laboratório de Geotecnia da UFOP. Estes dados subsidiarão análises de simulação numérica do processo de enchimento da estrutura de contenção destes rejeitos, mediante a aplicação do programa CONDES0.

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