PROPEC - Doutorado (Teses)

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Análise dinâmica de sistemas fundação-estrutura metálica com amortecimento não-proporcional e não-linearidade física.
(1994) Rodrigues, Andréa Gonçalves; Gouveia, Antônio Maria Claret de
Este trabalho apresenta o desenvolvimento e aplicação de uma técnica de solução de sistemas estruturais dinâmicos, denominada Processo Parcial, que combina o método de formulação de pseudoforças e a análise da superposição modal, nos quais tanto a linearidade como a não-linearidade são tratadas no domínio do tempo. A efetividade do algorismo é examinada, comparando-o ao método de integração direta. Em particular, discute-se o significado do grau de acoplamento e do índice de convergência, caracterizando o grau de não-proporcionalidade do amortecimento. Exemplos numéricos são dados.
Análise experimental de perfis de paredes esbeltas com enrijecedores intermediários.
(2000) Severo Júnior, Alexandre da Silva; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha
Apresenta-se neste trabalho um estudo experimental para colunas curtas constituídas de perfis metálicos de paredes esbeltas em chapa dobrada, com seção transversal com enrijecedor intermediário na alma. Os perfis de chapa dobrada estão sujeitos a fenômenos de instabilidade estrutural, tanto local, que considera problemas de flambagem local e distorcional das paredes que constituem o perfil, quanto global, que considera flambagem por flexão e flexo-torção. Além da análise destes fenômenos, deve-se considerar ainda a interação entre modos de instabilidade locais e globais nos elementos. A flambagem local é um fenômeno de instabilidade que influência na capacidade de carga do elemento comprimido. No caso de perfis de paredes esbeltas a utilização de enrijecedores pode aumentar a capacidade de carga e a eficiência do elemento. O programa experimental consistiu em um estudo experimental em perfis de colunas curtas de seção transversal do tipo U enrijecido submetidas a carregamento centrado, chamado de perfil sigma (Σ) com um enrijecedor intermediário na alma, divididos em quarto séries de ensaios agrupados em função das diferentes dimensões de seção transversal. Foram previstos três protótipos para cada série a ser ensaiada, totalizando doze protótipos. Cada série teve a largura do flange e altura do enrijecedor intermediário variando em relação às demais. As análises realizadas nestes perfis tiveram o objetivo de avaliar a eficiência do tamanho do enrijecedor intermediário na capacidade de carga da coluna, avaliar também a influência da flambagem local na resistência das mesmas e comparar os resultados experimentais das cargas de flambagem local e última com os resultados teóricos obtidos pelas prescrições de norma.
Avaliação comparativa de pisos de edificações em estrutura metálica quanto aos critérios de vibração.
(2004) Moreira, Bruno Campos; Neves, Francisco de Assis das
A tendência da arquitetura moderna em proporcionar ambientes interiores com grandes vãos livres implica em utilizar materiais mais resistentes para viabilizar uma solução estrutural leve e esbelta. Uma conseqüência direta dessa tendência é o considerável aumento dos problemas estruturais, em particular aqueles relacionados a vibrações indesejáveis nos painéis de pisos. Isso porque as freqüências naturais de vibração desses painéis estão se tornando cada vez mais baixas, se aproximando da faixa de freqüências associadas com as atividades humanas, tais como, por exemplo, caminhar, correr e pular, além dos movimentos aeróbicos e esportivos. As vibrações induzidas nas estruturas são freqüentemente esquecidas ou ignoradas na fase de projeto, muito embora se constitua num dos critérios prescritos nas normas de projeto para verificação do estado limite de serviço. Entretanto, por serem cada vez mais evidentes em novas construções, estão tornando imperioso esse critério relacionado ao conforto humano e satisfação dos usuários. As vibrações excessivas podem ocorrer devido a uma série de fatores, dentre esses: rigidez inadequada, baixo amortecimento ou pequena massa. Visando um melhor entendimento do comportamento dinâmico desses componentes estruturais, foram realizadas diversas análises de painéis típicos modelados com o método de elementos finitos, utilizando o programa ANSYS. Investigou-se a influência de alguns parâmetros estruturais, como vão e rigidez das vigas de piso, na resposta dinâmica em termos de acelerações nodais. Demonstra-se, por meio de correlações com outros resultados analíticos e numéricos disponíveis na literatura que uma modelagem criteriosa do carregamento, gerado durante o caminhar, é de extrema importância para obtenção de bons resultados dinâmicos. Finalmente examinam-se alguns critérios de avaliação estrutural, indicados em Normas e Recomendações Técnicas nacional e internacional, a luz dos resultados numéricos obtidos em termos de acelerações em painéis de piso típico de construções mistas induzidas por cargas impulsivas e decorrentes do caminhar de pessoas.
Sistema computacional para análise avançada estática e dinâmica de estruturas metálicas.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para análise avançada estática e dinâmica de estruturas metálicas reticuladas baseada no Método dos Elementos Finitos. O conhecimento do comportamento estático e dinâmico de uma estrutura é essencial para a concepção de estruturas mais leves e esbeltas sem afetar o seu padrão de segurança e de qualidade. Assim, torna-se necessário utilizar teorias mais complexas, como formulações não lineares, evitando simplificações no processo de análise/projeto. Nesse sentido, são consideradas neste trabalho duas fontes de não linearidades: a geométrica, que considera os efeitos da deslocabilidade da estrutura, e a física, causada principalmente pelas características mecânicas dos materiais utilizados na construção civil. A inelasticidade do aço e a semi-rigidez das ligações entre os membros estruturais caracterizam a não linearidade física. Em uma Análise Avançada, esses efeitos não lineares são diretamente considerados na formulação do elemento. Isso elimina a necessidade de processar a análise e o dimensionamento estrutural em fases distintas, permitindo assim estimar precisamente os possíveis modos de colapso. Os fundamentos teóricos necessários para um melhor entendimento do comportamento estrutural e das formulações desenvolvidas para a consideração de cada um dos efeitos citados serão apresentados ao longo do trabalho. Avalia-se a estabilidade estática e dinâmica de vários sistemas estruturais com ligações rígidas e semi-rígidas cujas soluções analíticas ou numéricas são encontradas na literatura. Essas análises são usadas também para a validação da metodologia de solução adotada. Ao final da tese, algumas conclusões e observações referentes ao comportamento estrutural serão estabelecidas.
As ligações semirrígidas na análise avançada com zona plástica de portais planos de aço.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Neste trabalho, estuda-se como desenvolver a Análise Avançada empregando o método da Zona Plástica em portais planos de aço, agora incluindo o efeito das ligações. Primeiramente, define-se esta análise como a inelástica de segunda ordem, na qual se avalia a plasticidade distribuída (por meio da técnica das fatias) e consideram-se os chamados “Aspectos importantes”, como as imperfeições geométricas (curvatura inicial e fora de prumo) e físicas (tensões residuais). Em seguida, introduz-se o efeito das ligações, mediante uma revisão bibliográfica abrangendo histórico, propriedades, tipos, modelos de comportamento de momento rotação M-θ. Propõe-se um novo modelo, chamado Rigidez Bilinear (RBL), que é empregado também em várias análises e permite fazer uma estimativa de curvas M-θ por analogia. É desenvolvida a formulação numérica do EF com ligação numa extremidade e se define um novo parâmetro índice de giro próprio da ligação η. Estuda-se a sua influência na formulação, seus valores, variações e seu efeito nas análises produzidas. A Integração Iterativa do Esforço Axial (IIEA), que é uma correção necessária quando ocorre o escoamento na seção, é ajustada e empregada. Estuda-se o deslocamento do centro de gravidade plástico, que leva a comportamentos da plasticidade não abordados, em geral, na literatura. A implementação computacional desse elemento, incluindo o ajuste da IIEA e da excentricidade, permite o estudo de vários modelos de ligações, inclusive o proposto. São abordados também: a determinação da rotação da ligação, o acompanhamento da curva M-θ e controles para os casos de não linearidade dessa curva. São analisados exemplos de vigas, colunas e portais, no regime elástico ou inelástico, com ligações lineares e não lineares, validando a formulação e as contribuições deste trabalho. Por fim, estuda-se a definição da configuração geométrica limitadora, ou seja, aquela que permite obter a carga limite mínima de projeto para um portal plano com ligações. É estabelecida a validade da proposta do Teorema da Configuração Inicial, visto que existem situações em que a carga limite encontrada não se altera em razão de mudanças na geometria imperfeita inicial. Mesmo nessas condições, comprovou-se que a deformada inelástica pode definir essa configuração limitadora. No caso de dúvidas, são apresentadas recomendações simples (corolários) e um roteiro para projeto no contexto da Análise Avançada incluindo o efeito das ligações semirrígidas.
Análise numérica de elementos estruturais com interação parcial.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Silva, Amilton Rodrigues da; Sousa Junior, João Batista Marques de
Elementos estruturais compostos por dois ou mais membros, com diferentes materiais e seções, conectados entre si através de ligações deformáveis, aparecem em diversas situações práticas de Engenharia. O exemplo clássico na Engenharia Civil é o caso da viga mista de aço e concreto, na qual uma laje de concreto se combina a um perfil metálico. Os conectores de cisalhamento que fazem a ligação entre os dois elementos permitem um deslocamento relativo entre os componentes, gerando um comportamento estrutural diferente de um sistema composto por dois elementos rigidamente conectados. No contexto das estruturas mistas este fenômeno é conhecido como interação parcial. Outras estruturas, como vigas de madeira formadas por múltiplas chapas coladas, apresentam comportamento semelhante. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento, implementação e teste de ferramentas numéricas, baseadas no Método dos Elementos Finitos, para a simulação computacional de estruturas onde haja conexão deformável. Desta forma, foram formulados, implementados e testados em uma plataforma computacional diversos elementos finitos capazes de representar estruturas com este tipo de comportamento. Numa primeira etapa foram desenvolvidas formulações de elementos unidimensionais de interface, que acoplados a elementos de viga, permitem a solução do problema da conexão deformável, tanto no sentido longitudinal (deslizamento) como no sentido transversal (separação). Como extensão dos elementos tradicionais de Euler- Bernoulli, foram considerados diferentes alternativas de acordo com a Teoria de Timoshenko para vigas. Uma análise extensiva sobre as vantagens e desvantagens de cada elemento, incluindo eliminação de comportamentos espúrios (travamento) foi realizada. Aplicações a estruturas em múltiplas camadas foram desenvolvidas, incluindo o desenvolvimento de uma nova formulação analítica para a solução exata do problema no caso linear. Numa etapa posterior, com o objetivo de obter soluções mais precisas para o caso de vigas mistas de aço e concreto, desenvolveram-se elementos finitos de interface específicos para a conexão entre elementos de viga e elementos de placa. Para o elemento de viga de aço, uma formulação não-linear unidimensional foi desenvolvida com base na teoria de Timoshenko. Para o elemento de placa, baseado na Teoria de Reissner-Mindlin, com o objetivo de representar a não-linearidade física do concreto (fissuração e esmagamento), um modelo de camadas superpostas foi empregado. Em cada camada, um modelo constitutivo bidimensional baseado nas direções principais de deformação foi utilizado. A consideração de grandes deslocamentos foi feita através de hipóteses de Von Kárman. Com estas implementações tornou-se possível a simulação de pavimentos mistos de aço e concreto, com aplicações práticas relevantes, como a correta simulação do efeito de variação transversal das tensões cisalhantes, e a análise de larguras efetivas de vigas mistas.
Algoritmos de otimização multiobjetivo para o problema de sequenciamento de atividades em projetos de construção metálica.
(2012) Gomes, Helton Cristiano; Neves, Francisco de Assis das
Outro fato importante é a crescente utilização do aço na construção civil, substituindo materiais convencionais como o concreto. Esse fato se deve às vantagens estéticas e de qualidade que esse tipo de construção vem apresentando em diversos tipos de projetos. Porém, além dessas vantagens proporcionadas pela utilização de sistemas construtivos em aço, a redução do tempo e do custo de construção e o aumento da produtividade são fatores-chave para o seu sucesso. No entanto, para se alcançar esses fatores, as obras precisam ser muito mais controladas, o que significa projetos mais bem elaborados onde a tecnologia está sendo um diferencial para as empresas que investem nela. A falta e/ou mau planejamento e orientação no gerenciamento de projetos têm sido os principais responsáveis por problemas que ocorrem na construção civil. Um correto gerenciamento de projetos é capaz de propiciar a redução de prazos e custos, a melhor utilização dos recursos produtivos, a minimização de riscos e a redução de erros no processo produtivo. Diversas ferramentas podem ser utilizadas pela engenharia no auxilio à tomada de decisões relativas ao gerenciamento de projetos, dentre elas destaca-se a otimização, ainda pouco aplicada na construção civil. Vários problemas de otimização relacionados a projetos, que se enquadram em diversas aplicações reais, podem ser encontrados na literatura. Um importante exemplo é o problema de sequenciamento de atividades em projetos com restrições de recursos e de precedência (PSAPRRP), uma vez que o correto sequenciamento das atividades de um projeto resulta em um melhor aproveitamento dos recursos disponíveis e, consequentemente, ganho de produtividade e tempo. Neste trabalho, o PSAPRRP é abordado como um problema de otimização multiobjetivo, tendo como meta a minimização de dois critérios: a data de finalização do projeto e o somatório dos custos associados às datas de início de execução das atividades. Para a resolução do problema, são propostos cinco algoritmos multiobjetivos, baseados nos métodos Multi-objective GRASP (GMO), Multi-objective Variable Neighborhood Search (MOVNS) e Pareto Iterated Local Search (PILS). Os algoritmos propostos utilizam estratégias baseadas no conceito de dominância de Pareto para realizar a busca de soluções e determinar um conjunto de soluções não-dominadas próximo ao conjunto Pareto-ótimo, permitindo aos projetistas a escolha de uma solução que satisfaça seus interesses, tornando o projeto mais planejado e controlado. Os conjuntos de soluções não-dominadas obtidos pelos algoritmos, para um conjunto de instâncias adaptadas da literatura, são comparados utilizando quatro métricas de avaliação de desempenho: medidas de distância, diferença de hipervolume, epsilon e taxa de erro. Foram realizados, também, experimentos estatísticos para comprovar a existência de diferença significativa entre os algoritmos propostos com relação às métricas utilizadas. Por fim, com o intuito de exemplificar a aplicação dos cinco algoritmos, é proposto um exemplo fictício e simplificado de um projeto de construção civil utilizando estruturas metálicas. Com base nos resultados obtidos pelos algoritmos para dois cenários do exemplo, é apresentada uma análise acerca da influência da disponibilidade de recursos com relação aos objetivos adotados.
Método de avaliação do desempenho térmico de edifícios comerciais e residenciais em Light Steel Framing.
(2012) Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de
O sistema Light Steel Framing (LSF) foi introduzido no Brasil no final da década de 90, quando algumas construtoras começaram a importar kits pré-fabricados dos EUA para montagem de casas residenciais. O sistema LSF está passando por um processo de desenvolvimento técnico e de aceitação no mercado da construção civil nacional, mas ainda existem deficiências no projeto, no detalhamento e na execução dos sistemas complementares de fechamento. A avaliação do desempenho térmico de edificações em LSF no programa EnergyPlus pode ser realizada considerando métodos que incluem ou não a estrutura de aço na simulação numérica. Dependendo do método adotado, os resultados das cargas térmicas e da temperatura interna dos ambientes podem superestimar o desempenho térmico da edificação. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método específico para avaliar o desempenho térmico de edificações em LSF, naturalmente ventiladas ou condicionadas artificialmente, considerando os efeitos das pontes térmicas em uma análise global. O método das Propriedades Térmicas Combinadas foi utilizado como base para considerar os efeitos dos perfis de aço em simulações numéricas no programa EnergyPlus. Foram realizados estudos de caso para exemplificar a aplicação do método e discutir parâmetros importantes na simulação de edificações. Observou-se que nas edificações residenciais naturalmente ventiladas não houve diferenças significativas entre os resultados da simulação considerando ou não os efeitos das pontes térmicas. No entanto, a aplicação do método em estudos de caso de edificações condicionadas artificialmente mostrou que, ao se aumentar a diferença de temperatura entre o interior e exterior da edificação por meio do acionamento do sistema de condicionamento de ar, os efeitos das pontes térmicas foram mais significativos, chegando a representar uma variação no pico da carga térmica em cerca de 10%.
Investigação qualitativa da eficiência de um projeto de cobertura em membrana estrutural.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Nunes, Eliana Ferreira; Sousa Junior, João Batista Marques de
Por meio deste trabalho investigou-se qualitativamente o desempenho das membranas estruturais, estruturas de superfície (em dupla curvatura em direções opostas) com espessura e peso mínimos, que absorvem apenas os esforços na forma de tensões de tração no seu próprio plano, considerando-se dois aspectos: estrutural e de procedimento de projeto. Abrangeu, inicialmente, a análise de estruturas leves construídas e o acompanhamento dos procedimentos construtivos de coberturas em membrana. Estas investigações possibilitaram identificar as estratégias que contribuem para alcançar o ótimo desempenho do sistema e os desafios das etapas de projeto e construção, e balizaram a análise qualitativa do desempenho de um projeto de cobertura em membrana estrutural, ou seja, de uma situação em particular, como exemplo. Essa análise qualitativa desenvolveu-se em duas etapas, guiada por dados numéricos e experimentais. A primeira etapa envolveu a processo de otimização do conjunto estrutural sob a ação de cargas. As análises evidenciaram que o desempenho desse sistema flexível resulta da estabilidade espacial do conjunto estrutural (arranjo e geometria de todos os componentes), da rigidez da superfície da membrana (geometria da membrana), bem como a organização e cooperação de todos os componentes em estado de tensão. A segunda etapa abrangeu a investigação experimental do comportamento do material da membrana no contexto da estrutura para a análise da geometria da superfície da membrana planificada. Tal avaliação possibilitou verificar as diferenças entre o modelo teórico (forma de equilíbrio contínua) e a forma real (composta de painéis planos), e propor ajustes na geometria dos painéis planos, para que a forma final possa revelar não só o caminho das forças, mas também o melhor uso do material. As investigações, análises realizadas e o procedimento de trabalho adotado ampliaram a compreensão desse sistema apontando possibilidades para aumentar o desempenho do mesmo e minimizar as falhas da etapa preliminar de projeto.
Qualitative investigation of the performance of a structural membrane roof project.
(2012) Nunes, Eliana Ferreira; Sousa Junior, João Batista Marques de; Baier, Bernd; Sarmanho, Arlene Maria Cunha
This paper provides a qualitative investigation about the structural performance of the membranes, surface structures (with double curvature in opposite directions) with minimum thickness and weight, which absorb forces in form of tensile stresses in its own plane, considering two aspects: structural and design procedure. Initially, it involved the analyses of lightweight structure buildings and the observation of constructive work process in membrane roofs. These investigations allowed identifying strategies that contribute to achieve optimum system performance and the challenges encountered along the stages of designing and building. They also guided the qualitative analysis of the performance of a structural membrane roofing project, i.e., a particular situation, as example. This qualitative analysis was developed in two stages, guided by experimental and numerical data. The first stage involved the optimization procedure of the structural system under load action. This analysis showed that the flexible system performance is a result of the three-dimensional stability of the structural system (arrangement and geometry of all components), membrane surface stiffness (membrane geometry), as well as the cooperation of all components in pre-tension state. The second stage comprised the experimental investigation of the membrane material behaviour within the structure context in order to analyze the flattened membrane geometry. Such evaluation enabled to verify the difference between the theoretical model (shape of equilibrium) and the actual shape (consisting of flat panels), enabling the proper adjustment of the surface geometry so that the final shape can reveal not only the path of the forces, but also the best use of the material. The investigations, analyses and working procedure here adopted broadened the understanding of this system pointing possibilities to increase its performance and to minimize failures during the preliminary stage of design.
Calibração do coeficiente de ponderação da resistência em barras e ligações de perfis formados a frio.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha
O objetivo deste trabalho é aplicar um procedimento para análise confiabilidade estrutural de barras e ligações em perfis formados a frio projetadas segundo a norma brasileira ABNT NBR 14762 (2010). Desta forma, foram calculados coeficientes de ponderação da resistência com o emprego do método de confiabilidade de primeira ordem e segundo momento, denominado FOSM (First Order Second Moment). No total 2495 resultados de ensaios experimentais obtidos de vários pesquisadores foram analisados, para obtenção das estatísticas da relação entre a resistência medida ou ensaiada e a prevista pelas equações de projeto. Os coeficientes de ponderação da resistência foram obtidos para combinações de ações gravitacionais obtidas da norma americana AISI S100 (2007) e da norma brasileira, além das relações entre ação permanente e ação variável, Dn/Ln, iguais a 1/5 e 1/3. Foram considerados índices de confiabilidade alvo usualmente empregados na calibração das principais normas internacionais de perfis formados a frio, principalmente a norma americana. Os coeficientes de ponderação da resistência foram comparados com os valores recomendados pelas normas brasileira e americana, considerando a similaridade entre ambas as especificações para os estados-limites abordados neste trabalho. Os resultados obtidos mostram para a maioria dos estados-limites, que os coeficientes de ponderação da resistência são adequados em relação aos adotados pela norma brasileira e americana, quando se utiliza a combinação de ações do modelo americano. Além disso, observou-se que os coeficientes de ponderação da resistência obtidos para um mesmo nível de confiabilidade são mais conservadores com a menor relação entre as ações, Dn/Ln, sobretudo para a combinação de ações gravitacionais extraída da norma brasileira. Esse fato indica que os coeficientes de ponderação da resistência deveriam ser revisados, com o emprego da combinação de ações adequada e a partir da definição de uma relação Dn/Ln representativa para as construções metálicas no Brasil.
Sistematização de diretrizes para projeto modulado em aço, com aplicação dos conceitos da customização em massa.
(2013) Henriques, Cristiane Lopes; Souza, Henor Artur de
A industrialização da construção civil, sobretudo nas construções estruturadas em aço, é um processo consolidado em países como Inglaterra, Japão e Estados Unidos. Além de um grande índice de industrialização, que abrange desde os insumos utilizados no canteiro de obras até os processos de concepção e execução da edificação, nestes países o percentual de obras em aço gira em torno de 50% a 65% do total de edificações construídas, enquanto no Brasil apenas 12% das obras adotam este sistema estrutural (IBS, 2011). O processo de concepção e execução deste tipo de edificação vem se aproximando cada vez mais dos processos de Desenvolvimento de Produto e Produção em série, que são adotados em outros setores da indústria. Desta forma, são ofertados no mercado, produtos, sistemas construtivos, módulos e até mesmo edificações "prontas" que são apresentadas em projeto ao cliente e podem sofrer certo grau de customização. O panorama da construção civil no Brasil mostra-se bastante diferente, com a cultura do fazer artesanal ainda muito arraigada tanto no que se refere aos materiais, quanto aos processos que envolvem a concepção e execução de uma edificação. Apesar de apresentar exemplos relevantes de obras industrializadas, o cenário nacional ainda é carente de efetivas ações de implementação deste sistema construtivo. O presente trabalho propõe-se a desenvolver uma pesquisa abrangendo a industrialização das construções em aço, as metodologias de Desenvolvimento de Projeto de Produto, Produção em Série e Customização em Massa, a fim de criar um referencial teórico para o desenvolvimento de um sistema estrutural modulado e padronizado para edificações em aço que possibilite flexibilidade de customização a fim de poder ser adotado em diferentes tipologias, demandas e terrenos.
Análise teórico-experimental da estabilidade de colunas perfuradas em perfis de aço formados a frio de seções tipo rack.
(2013) Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha
Os perfis formados a frio têm sua utilização crescente devido às suas características, principalmente economia e versatilidade. Uma de suas aplicações é a construção de sistemas de armazenagem, os racks, em que as colunas constituem-se de perfis formados a frio com seção característica e perfurações ao longo de seu comprimento que visam facilitar a montagem. As seções utilizadas estão sujeitas aos modos local, distorcional e global. A influência das perfurações na ocorrência destes modos ainda não é inteiramente conhecida. O objetivo deste trabalho é contribuir para o entendimento deste fenômeno com a realização de análise teórico experimental para avaliação da ocorrência dos modos de flambagem em perfis perfurados e a possível interação entre eles. A Teoria Generalizada de Vigas (GBT) e o Método dos Elementos Finitos foram utilizados na definição da geometria de uma série de protótipos com e sem perfurações sujeitos à ocorrência dos modos de local, distorcional e global, de forma isolada ou em interação. Estes protótipos foram ensaiados, e os resultados experimentais foram utilizados para a validação de um procedimento via elementos finitos de análise não linear de perfis formados a frio. A comparação entre resultados numéricos e experimentais demonstrou a validade do uso de Método dos Elementos Finitos, com dispersão máxima de 5,3%. A análise da estabilidade da seção por meio do Método dos Elementos Finitos foi utilizado no Método da Resistência Direta para a avaliação de sua eficiência na previsão da resistência dos perfis formados a frio do tipo rack com e sem perfurações. Foi considerada a ocorrência dos modos isolados e em interação. A consideração dos modos de forma isolada levou a uma dispersão máxima em relação aos resultados experimentais de 22,1% com a consideração da área bruta e 19% com a consideração da área líquida. A consideração dos modos em interação levou a dispersões de 30,5% e 32,4% considerando-se a área bruta e a área líquida, respectivamente. Porém, quando se aprofunda a análise da estabilidade da seção e são excluídos os modos que não estão presentes nos comprimentos das colunas consideradas, o Método da Resistência Direta com a consideração da interação entre os modos leva a dispersões máximas de 11,4% e 13,8% considerando-se a área bruta e a área líquida, respectivamente, o que indica a viabilidade de sua aplicação para colunas com perfurações.
Método para avaliação do desempenho térmico e acústico de edificações aplicado em painéis de fechamento industrializados.
(2013) Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Souza, Henor Artur de
A construção industrializada estruturada em aço pode proporcionar projetos que apresentam desempenho global adequado, desde que o sistema de fechamento apresente desempenho térmico e acústico apropriados ao clima local e ao entorno da edificação. No entanto, a rapidez de montagem desse sistema construtivo exige a aplicação de sistemas de fechamento que possuam a mesma filosofia de pré-fabricação, e uma seleção inadequada pode resultar em necessidade de interferências futuras e resistência à utilização da construção estruturada em aço. É imperativo que os sistemas de fechamento proporcionem desempenho térmico e acústico equilibrado, pois a qualidade do som no ambiente pode afetar tanto o conforto acústico quanto o conforto térmico. No mercado nacional, há vários sistemas de fechamento industrializados que precisam de mais conhecimento quanto às suas propriedades térmicas e acústicas. O objetivo desse trabalho é propor um método para avaliação do desempenho térmico e acústico de edificações, aplicado a sistemas de fechamento industrializados, como os painéis de placa cimentícia, gesso acartonado, pré-moldado de concreto, concreto celular autoclavado e poliestireno expandido. O estudo é realizado em painéis simples e painéis compostos por multicamadas. O método para a análise térmica é baseado na determinação da temperatura e umidade relativa no interior dos ambientes de edificações modelo, aplicando-se o programa computacional de simulação ESP-r (Energy Simulation Program – research). Para a análise acústica é feito o cálculo do tempo de reverberação aplicando-se uma formulação empírica e o módulo acústico do ESP-r, que utilizam os valores de temperatura e umidade obtidos na simulação numérica, além da estimativa da perda na transmissão sonora dos sistemas de fechamento, aplicando-se um método gráfico. Os resultados possibilitam uma avaliação preliminar de parâmetros relevantes na definição de sistemas de fechamento apropriados para uma determinada situação, em termos de desempenho térmico e acústico. Observa-se que, de modo geral, os fechamentos em multicamadas, intermediados por lã de vidro e ar, proporcionam um desempenho térmico e acústico superior ao fechamento simples convencional, com uma melhora no desempenho, respectivamente, na ordem de 12 % e de 18 %.
Estudo da influência da luz natural e artificial como fatores definidores da qualidade e expressão arquitetônica em edificações estruturadas em aço.
(2013) Castanheira, Eduardo Cunha; Souza, Henor Artur de
Para que uma boa iluminação da edificação seja resultado da utilização da luz natural ou artificial é necessário analisar e refletir sob o ponto de vista de diversos aspectos que antecedem ao projeto arquitetônico e/ou o projeto luminotécnico. Neste trabalho propõe-se diretrizes para elaboração de projetos de iluminação em edificações estruturadas em aço, seja pelo aproveitamento de todo o potencial luminoso da natureza, quanto pelas novas tecnologias de lâmpadas frente às demandas de economia de energia que contemplem o tema tão atual da responsabilidade ambiental. Para o desenvolvimento deste trabalho vários estudos foram feitos onde são abordados assuntos pertinentes e relacionados ao tema tais como: a evolução e uso da luz natural e artificial, tecnologias da iluminação, linguagem visual e artística do uso da luz, etc. Diversos aspectos considerados de grande importância do uso da luz natural e/ou artificial com enfoque na economia de energia, na exploração do potencial simbólico, funcional e artístico dos espaços projetados, nos aspectos normativos e nas novas tecnologias da indústria da iluminação são contemplados em três abordagens intituladas Ambiental, Normativa e Arquitetônica. A partir desses aspectos considerados verifica-se a necessidade de se considerar nos projetos as grandes possibilidades de explorar o potencial da qualidade e eficiência da luz natural e/ou artificial. O uso destes recursos propiciados pela correta utilização das fontes de luz, com certeza agrega valor ao projeto. Fica claro também que a integração do projeto luminotécnico com os demais projetos e principalmente com o arquitetônico tem que ser efetivamente considerada e desejada. Nos projetos concebidos em aço esta questão ainda é mais contundente já que as possibilidades das transparências e a visibilidade do edifício é bem maior e consequentemente o uso da luz natural na medida certa nem mais nem menos é primordial.
Análise computacional via MDF de cascas cilíndricas com restrições bilaterais e unilaterais de contato.
(2013) Machado, Fernando Carlos Scheffer; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
As cascas cilíndricas são elementos estruturais bastante utilizados como tubulações enterradas, estruturas de contenção de túneis e poços, e depósitos de diversos materiais, na forma de silos ou tanques. Nessas aplicações as cascas cilíndricas interagem com o meio elástico, no caso solo ou rocha. Essa interação pode ser considerada de duas forma diferentes: com um problema de contato bilateral (PCB), quando a estrutura e o meio não perdem contato durante o processo de deformação; e como um problema de contato unilateral (PCU), quando a casca não está completamente fixa e pode perder contato com o meio para determinadas condições de carregamento. Portanto, esta tese tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta, ou programa computacional, para o estudo e análise de problemas envolvendo cascas cilíndricas com restrições bilaterais e unilaterais de contato impostas por bases elásticas. Essa ferramenta computacional apresenta como principais características: i. o emprego do Método das Diferenças Finitas (MDF) para aproximar as derivadas das equações diferenciais de equilíbrio do sistema casca-base elástica. Adota-se neste trabalho a Teoria de Casca de Sanders, que pode ser aplicada para cascas ou painéis cilíndricos pouco ou muito abatidos; e as bases elásticas são aproximadas pelos modelos de Winkler e Pasternak; ii. o emprego de metodologias de solução desses PCB e PCU. No caso do PCB, a região de contato Sc entre os corpos (casca-base) é conhecida a priori, e sua solução pode ser obtida de forma direta, se as hipóteses de pequenos deslocamentos e material elástico forem consideradas. No caso do PCU, tem-se como principal desafio a definição da região de contato entre os corpos, Sc, que não é conhecida a priori, e adotam-se aqui duas estratégias de solução desse problema (ES1 e ES2, respectivamente). Na primeira, a interação casca-base é avaliada considerando diretamente as restrições de contato unilateral e resolvendo-se um Problema de Complementaridade Linear (PCL). Na segunda, a região de contato Sc é inicialmente aproximada e na sequência utiliza-se o método de Newton-Raphson para corrigi-la e avaliar a participação da base elástica na obtenção de outras incógnitas do problema. Essa ferramenta computacional foi desenvolvida usando a linguagem de programação Fortran®. Diversos exemplos numéricos são apresentados e analisados com o intuito de averiguar a eficiência das metodologias implementadas para soluções dos problemas de contato. No final da tese, algumas conclusões e observações referentes ao sistema computacional desenvolvido e às metodologias numéricas propostas são estabelecidas. Além de o MDF ter se apresentado como um método de fácil implementação e utilização, as estratégias de solução não linear adotadas se mostraram semelhantes, em termos de resultados obtidos, mas com ligeiro ganho de eficiência computacional por parte da ES1. Por fim, sugestões para novas pesquisas são apresentadas.
Análise numérica e experimental de ligações soldadas na direção de menor inércia do pilar.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2013) Machado, Roberta Maria; Ribeiro, Luiz Fernando Loureiro
Este trabalho apresenta o desenvolvimento da análise numérico-experimental relativa ao comportamento estrutural de ligações soldadas viga-pilar na direção do eixo de menor inércia do pilar. O modelo estudado consiste de uma viga (perfil laminado W360x44) soldada em balanço à alma do pilar, cujas dimensões dos perfis variam de acordo com o índice de esbeltez da alma do mesmo. A análise numérica foi executada via método dos Elementos Finitos. Visando obter resultados mais próximos do comportamento real da ligação, foram utilizados modelos tridimensionais. Todos os modelos numéricos foram analisados com o software Ansys 11.0 utilizando-se ainda o software TrueGrid, específico para pré-processamento. A análise experimental foi desenvolvida por meio de ensaios de 7 (sete) protótipos, com configurações idênticas às de alguns modelos selecionados entre os estudados numericamente. Os resultados obtidos nos dois tipos de análise foram comparados e também confrontados com os previstos por modelos analíticos referentes à capacidade resistente da alma do pilar e à rigidez inicial da ligação. Tais comparações permitiram avaliar a influência de alguns fatores tais como a esbeltez da alma do pilar e outras propriedades geométricas da seção transversal do pilar, limitando-se as conclusões obtidas à configuração adotada (viga em balanço e sem variação da seção transversal).
Análise de elementos estruturais com seção transversal de parede fina aberta ramificada utilizando a Teoria Generalizada de Vigas (Generalized Beam Theory – GBT).
(2014) Dôres, Andréa Gonçalves Rodrigues das; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha
O presente trabalho apresenta uma visão geral da formulação da Teoria Generalizada de Vigas (Generalized Beam Theory – GBT) utilizada para avaliar o comportamento de elementos estruturais com seções transversais de parede fina abertas ramificadas arbitrárias. Não obstante os processos produtivos potencializem fabricar perfis formados a frio com tipologias geométricas diversificadas de seções transversais, paradoxalmente se observa que o pleno aproveitamento desse recurso pelo mercado da construção civil encontra limitações. A preferência por perfis de séries comerciais consagradas (U, Ue, Z, Ze, rack, cantoneira ou cartola) e seções compostas usuais (I ou Ie) pode ser explicada pelo fato de o comportamento estrutural e os fenômenos de instabilidade característicos desses perfis tradicionais terem sido objeto de criteriosas investigações que, em decorrência, resultaram na sua incorporação às normas técnicas vigentes. Por sua vez, a análise de elementos estruturais formados por seções de parede fina com geometrias não convencionais constitui um novo campo de pesquisa, o qual pode ser alavancado com a GBT, especialmente em razão de sua natureza modal, clareza na interpretação da resposta estrutural e eficiência computacional, vantagens não disponibilizadas pelos métodos numéricos tradicionais. O âmbito deste trabalho centra-se em demonstrar a versatilidade da GBT, exemplificando as possibilidades de: (i) associar perfis para originar novas seções compostas, com geometrias diferenciadas, ainda não estudadas; (ii) empregá-la como alternativa perfeitamente viável para solucionar problemas de interesse prático em Engenharia Civil, para os quais invariavelmente se recorre a técnicas numéricas e/ou a ensaios experimentais; (iii) embasar futuras revisões das normatizações, em especial a ABNT NBR 14762:2010. Para isso, realizam-se estudos paramétricos com base em análises de estabilidade de: (i) paineis enrijecidos longitudinalmente, sujeitos à compressão axial, utilizados em vigas-caixão de pontes; (ii) colunas comprimidas formadas por seções compostas; (iii) bi-vigas de pontes mistas rodoviárias de pequeno vão.
Sistema para avaliação do potencial de desconstrução e reutilização de estruturas de aço.
(2014) Machado, Roberta Carvalho; Souza, Henor Artur de; Ribeiro, Luiz Fernando Loureiro; Sousa, João Artur de; Veríssimo, Gustavo de Souza; Buson, Márcio Albuquerque; Souza, Henor Artur de
A indústria da construção é responsável por vários impactos ambientais, sociais e econômicos, sendo um dos principais setores consumidores de recursos e geradores de resíduos. Em virtude do aumento do número de edifícios demolidos e da evolução das preocupações ambientais, o conceito de desconstrução vem surgindo como uma alternativa à demolição. A desconstrução pode ser descrita como a desmontagem cuidadosa de um edifício de modo a tornar possível o reuso de seus componentes ao fim da vida útil da edificação. No Brasil, estudos sobre reciclagem e reaproveitamento de materiais de construção vêm sendo desenvolvidos e publicados há algum tempo. Entretanto, temas como desconstrução e Projeto para Desconstrução (PpD) ainda são pouco discutidos e pesquisados. Em razão do aumento dos índices de construções em aço no país e dessas construções poderem apresentar alto potencial de reuso, propõe-se, como objetivo principal deste trabalho, o desenvolvimento de um sistema de análise aplicável a edifícios estruturados em aço já existentes ou em fase de projeto para classificar o potencial de desconstrução dos componentes ou elementos estruturais em aço. Após uma análise dos sistemas de avaliação do potencial de desconstrução encontrados na literatura foram definidos dois sistemas distintos para desenvolvimento desse trabalho: 1) um sistema simplificado de classificação baseado em pontuações pelas avaliações das características estabelecidas e 2) um sistema baseado em modelos de lógica fuzzy aplicados no programa MatLab com método de defuzzificação Centróide e Média dos Máximos (MOM). A partir dos principais critérios de PpD as características a serem consideradas nos sistemas de análise foram selecionadas e seus parâmetros de avaliação foram definidos. Um estudo de caso da desconstrução de um ginásio poliesportivo estruturado em aço foi aplicado nos sistemas de análise. Dados fictícios também foram simulados para avaliar os sistemas de avaliação desenvolvidos. O sistema de classificação baseado em pontuação apresentou-se eficiente e de fácil análise, com resultados compatíveis com o esperado. O sistema baseado em modelos com lógica fuzzy mostrou resultados satisfatórios para avaliação com defuzzificação MOM e resultados não satisfatórios para defuzzificação Centróide. Concluiu-se que ambos os sistemas de análise podem ser usados como ferramenta de avaliação da desconstrução. No entanto, para a utilização dos modelos em lógica fuzzy desenvolvidos recomenda-se utilização da defuzzificação MOM.
Análise de confiabilidade estrutural de pórticos metálicos planos com ligações semirrígidas.
(2014) Agostini, Bruno Márcio; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha
A aplicação da teoria de confiabilidade no cálculo de estruturas envolve a avaliação da probabilidade de violação de determinado estado limite. O presente trabalho busca calcular o nível de segurança de estruturas projetadas com a consideração dos efeitos da não linearidade geométrica e da flexibilidade das ligações, ao ser fixado o estado limite de serviço com base em deslocamento. Tradicionalmente, as normas têm adotado coeficientes parciais de segurança para lidar com a presença de incertezas. Entretanto, o uso desses coeficientes não permite o conhecimento das reais chances de ocorrência de uma falha. Do ponto de vista prático e científico é necessária uma abordagem mais consistente, fundamentada na teoria de confiabilidade, para uma melhor quantificação da segurança estrutural. Esse trabalho é o início da busca para a determinação do nível de segurança de estruturas projetadas com base em análise avançada, utilizando a teoria de confiabilidade estrutural. Para alcançar os objetivos criou-se um programa computacional denominado Módulo de Confiabilidade Estrutural (MCE). O MCE utiliza o método First-Order Reliability Method (FORM) para a realização da análise de confiabilidade. Para realização de análise estrutural avançada de estruturas de aço ou mista adotou-se o programa Computational System for Advanced Structural Analysis (CS-ASA), (Silva, 2009b). A criação do MCE foi realizada visando obter um programa com funcionamento acoplado ao CS-ASA. O processo de validação do MCE envolveu a comparação entre resultados obtidos utilizando-se o programa criado e os gerados por outros autores. Os resultados obtidos para as estruturas analisadas indicam a eficácia da implementação realizada. Esses resultados sugerem baixa influência da não linearidade geométrica e considerável influência da semirrigidez das ligações para a confiabilidade de estruturas, tendo em vista o estado limite de serviço estabelecido em função de deslocamento.

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