EM - Escola de Minas
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A Escola de Minas de Ouro Preto foi fundada pelo cientista Claude Henri Gorceix e inaugurada em 12 de outubro de 1876.
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Item Análise numérica da influência de furos com borda enrijecida na flambagem da alma em perfis formados a frio do tipo rack.(2023) Ferreira, Guilherme Henrique; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Russo, Mário Luís CabelloA utilização de perfis formados a frio pela construção civil e pela indústria tem crescido devido ao seu processo de fabricação produzir peças leves, econômicas e versáteis. O seu uso geralmente requer perfurações nos elementos para viabilizar o encaixe entre peças estruturais e a passagem de sistemas complementares como elétrico, hidráulico e incêndio. Entretanto, estudos apontam que essas aberturas reduzem a capacidade resistente dos perfis. Com o intuito de combater a perda de resistência provocada pelas perfurações tem-se desenvolvido trabalhos que consideram enrijecedores de borda nos furos. Porém, o seu impacto na resistência dos perfis ainda é pouco compreendido, o que pode limitar o seu uso devido à ausência de confiabilidade e replicabilidade dos cálculos. Além disso, as normas vigentes não consideram de maneira concisa a influência dos furos e dos enrijecedores em perfis formados a frio. Por ser uma configuração nova que pode interferir no dimensionamento e no emprego de perfis formados a frio, esta temática demanda novas pesquisas. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar, via método dos elementos finitos, a influência dos enrijecedores de borda simples e duplo na flambagem entre furos em perfis formados a frio do tipo rack com perfurações submetidos à compressão centrada. Utiliza-se um modelo numérico analisado através da Teoria Generalizada de Vigas via GBTul e da análise não linear com base no Método dos Elementos Finitos via ANSYS. A análise consiste em comparar os resultados obtidos por perfis sem perfuração aos alcançados por perfis perfurados: sem enrijecedor, com enrijecedor simples e duplo. Os resultados indicaram que as Cargas Crítica e Última são reduzidas com as perfurações. Os perfis com enrijecedor (simples e duplo) tiveram comportamento similar e em determinado intervalo, obtiveram Carga Crítica superior ao modelo sem furos. Ambos apresentaram Cargas Crítica e Última superiores ao modelo com furo não enrijecido. Ao aumentar a altura das aberturas ocorreu a transição da flambagem local para flambagem entre furos. Os enrijecedores de borda retardaram essa transição, sendo o duplo mais efetivo.Item Aspectos importantes na análise avançada com zona plástica de portais planos de aço.(2005) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaEste trabalho procura mostrar os passos necessários para se realizar uma análise avançada. Inicialmente apresenta-se um estado-da-arte dos diversos métodos de análise estrutural hoje existentes, suas características, pesquisadores, vantagens e desvantagens, incluindo uma parte sobre dimensionamento, com extensa bibliografia. A análise avançada é definida, no contexto da AS4100 (1990), como uma análise inelástica de segunda ordem muito precisa em que são incluídos os aspectos importantes (curvatura inicial, fora de prumo e tensões residuais), entre outros que podem ser atribuídos, e cumprindo severas exigências, de forma a se obter uma carga limite, tão precisa que não sejam necessárias outras verificações de resistência ou de estabilidade para a estrutura analisada naquele plano, conforme Chen e White (1993). A formulação numérica aborda uma análise inelástica no plano, com o método da zona plástica, empregando a técnica das fatias (Lavall, 1996), definindo um EF no sistema Lagrangiano corrotacional atualizado com teoria de Bernoulli-Euler, e utilizando o processo incremental-iterativo de Newton-Raphson padrão. Desenvolveu-se um processo de integração iterativa dos esforços normais, como uma melhoria que simula o vetor correção do método da rótula plástica refinada (Liew et al., 1994). Foi feita a implementação computacional que aplica a formulação citada e inclui os aspectos importantes, sendo apresentados alguns exemplos de validação que são: uma viga, dois casos de colunas e a seguir três portais. Dois desses exemplos são explorados na realização de uma análise avançada, fazendo-se um estudo paramétrico desses aspectos importantes (a forma da curvatura inicial, arranjos da curvatura inicial e do fora de prumo, isolados ou combinados, com e sem tensões residuais, etc). Finalmente, após a discussão de vários resultados e dos estudos já indicados, são apresentados comentários gerais, limitações da pesquisa, indica-se um roteiro de como poderá ser realizada a análise avançada dentro de escritórios, e principalmente, considerando a gama de combinações das imperfeições iniciais que podem existir num problema, apresenta-se uma proposta de teorema que permite simplificar um pouco essa tarefa, na medida que as imperfeições da configuração inicial poderão ser estabelecidas a partir da deformada final de colapso, determinada previamente, por uma configuração inicial não necessariamente mais crítica.Item Estratégias numéricas para otimização da solução não linear de problemas estruturais.(2019) Rocha Segundo, Jackson da Silva; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silva, Amilton Rodrigues da; Maximiano, Dalilah PiresÉ crescente a busca por ferramentas computacionais capazes de realizar simulações numéricas de sistemas estruturais com comportamento não linear. Para problemas estáticos não lineares, em particular, é fundamental a implementação e uso de estratégias numéricas com o objetivo de obter de forma completa as trajetórias de equilíbrio da estrutura, superando possíveis pontos críticos (pontos limite e de bifurcação). No contexto dos métodos de discretização (Método dos Elementos Finitos, Método das Diferenças Finitas, Método dos Elementos de Contorno, etc), em que estratégias incrementais e iterativas são geralmente adotadas, os solvers não lineares devem ser eficientes nas duas fases do processo de solução (predita e corretiva), para cada passo do carregamento aplicado. São implementadas neste trabalho duas estratégias para tornar o procedimento de solução não linear mais robusto e eficiente: o ciclo iterativo de Potra-Pták e a técnica de otimização da busca linear. A primeira estratégia consiste em uma modificação do processo iterativo de Newton-Raphson, na qual são realizadas duas avaliações da função gradiente, representada pelas forças desequilibradas do sistema estrutural. Por sua vez, a busca linear é a técnica que visa escalonar o vetor de deslocamentos corretivos na fase iterativa, procurando garantir e acelerar a convergência do processo. Essas estratégias numéricas são detalhadas, implementadas (na ferramenta computacional CS-ASA, Computational System for Advanced Structural Analysis) e usadas em análises de estruturas com forte não linearidade. Através dos resultados numéricos obtidos, percebe-se que as estratégias empregadas são alternativas válidas e eficientes para a análise não linear geométrica de vigas, colunas, pórticos e arcos, proporcionando, em geral, a redução no número de incrementos de carga, iteração e tempo de processamento para obter o caminho de equilíbrio de forma completa.Item Diretrizes para utilização de contêineres marítimos em edifícios de andares múltiplos na construção civil.(2019) Venâncio, Clarice; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Arcipreste, Cláudia MariaA utilização do aço como material estrutural apresenta vantagens sobre o concreto armado em comparação com os demais materiais, tais como velocidade e facilidade de montagem, estruturas e fundações mais leves e baixo custo quando comparada com sua elevada resistência estrutural. Atualmente no mercado da construção civil utilizam-se contêineres marítimos em obras civis como um novo sistema construtivo. O uso de contêineres na construção pode ser justificado pelo fato de ser uma estrutura sustentável, econômica e móvel. Os contêineres são reaproveitados, diante que, anteriormente tinham a função de transportar cargas marítimas e após o fim de sua vida útil são abandonados em portos. Os contêineres também são utilizados em canteiros de obras servindo de escritório ou depósitos, e têm uma grande vantagem por poderem ser transportados para qualquer obra subsequente. O estudo sobre a reutilização de contêineres marítimos no Brasil ainda é pouco difundido. Esse trabalho surgiu da necessidade da análise estrutural da estrutura do contêiner quando há necessidade da realização de modificações para adequação em diversas formas arquitetônicas. Nesse contexto, esse trabalho teve como objetivo a determinação de diretrizes para a adequada aplicabilidade do contêiner marítimo em edificações sem que haja necessidade de reforço estrutural. Para adequada modelação dos contêineres reutilizados na construção civil, foi determinada a quantidade e as dimensões de aberturas em contêineres, que não venham a prejudicar o seu comportamento estrutural. A variação dessas aberturas atende as variações de questões arquitetônicas, possibilitando que cada projeto tenha aberturas de tamanhos diferentes. A análise estrutural utilizou o programa de elementos finitos SAP2000 em qual foram modelados as diversas alterações para o elemento contêiner, possibilitando a verificação do comportamento estrutural, e posteriormente foi realizada a análise dos resultados obtidos na simulação. No estudo de caso realizado nesse trabalho foi modelado um contêiner de 20 pés e as diretrizes de projeto são os parâmetros que definem o empilhamento de contêineres, as variações dos apoios e das aberturas do contêiner. A partir da modelagem e análise dos resultados pode-se determinar parâmetros limites para reutilização dos contêineres, que não afetem a sua eficiência estrutural.Item Análise numérica avançada de estruturas de aço e de concreto armado em situação de incêndio.(2018) Maximiano, Dalilah Pires; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Gouveia, Antônio Maria Claret de; Ribeiro, José Carlos Lopes; Oliveira, Tiago Ancelmo de Carvalho Pires de; Souza, Erivelto Luís deEsta tese tem como objetivo principal o estudo do comportamento de vigas, colunas e pórticos de aço e de concreto armado em situação de incêndio. Para isso, formulações numéricas avançadas foram desenvolvidas, implementadas e avaliadas. Quando expostos a temperaturas elevadas, as características dos materiais se deterioram, acarretando a perda da sua capacidade resistente e da sua rigidez. Para alcançar o objetivo, o CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis) é utilizado. Esse sistema computacional foi expandido para a análise avançada de estruturas em situação de incêndio aproveitando as funcionalidades já existentes e acrescentando novas. Dois novos módulos foram criados: CS-ASA/FA (Fire Analysis) e CS-ASA/FSA (Fire Structural Analysis). O primeiro tem o intuito de se determinar o campo de temperatura na seção transversal dos elementos estruturais através da análise térmica via Método dos Elementos Finitos (MEF). O segundo foi criado para realizar a análise inelástica de segunda ordem de estruturas sob fogo utilizando formulações do MEF baseadas no acoplamento do Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) ao Método da Compatibilidade de Deformações (MCD), o que se torna um diferencial do estudo realizado. O uso do MCD possibilita análises mais realistas ante as prescrições normativas. Dessa forma, ele é utilizado tanto para a avaliação dos limites de resistência da seção transversal, quanto para a determinação das rigidezes axial e à flexão dos elementos analisados sob altas temperaturas. Os resultados das análises não lineares em situação de incêndio obtidos neste trabalho para quatorze elementos e sistemas estruturais (de aço e de concreto armado), apresentando diferentes geometrias, condições de contorno, aquecimento e carregamento, foram comparados com as soluções numéricas e experimentais disponíveis na literatura e se mostraram satisfatórios.Item Estudo numérico avançado de estruturas de aço, concreto e mistas.(2018) Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silva, Amilton Rodrigues da; Sousa Junior, João Batista Marques de; Horowitz, BernardoEste trabalho apresenta uma formulação numérica generalizada, baseada na plasticidade concentrada, aplicável na análise de estruturas de aço, de concreto e mistas de aço e concreto. São abordadas fontes de não linearidades, como: os efeitos de segunda ordem, a inelasticidade, as ligações semirrígidas e a interação parcial em vigas mistas. Um elemento finito corrotacional 2D foi utilizado e associado a funções de interpolação para evitar o enrijecimento espúrio da estrutura durante a análise. Associado a este elemento, o Método da Compatibilidade de Deformações (MCD) foi utilizado para inserir o comportamento dos materiais nos nós do modelo numérico, viabilizando a análise de elementos constituídos por concreto. As ligações semirrígidas foram tratadas por meio de pseudo-molas de comprimento nulo, inseridas nas extremidades do elemento, sendo sua rigidez rotacional obtida pela relação momento-rotação da ligação. Já a interação parcial foi simulada com um grau de liberdade adicional no problema local, via MCD. Fez-se o desmembramento da força axial, sendo parte absorvida pelo perfil e a outra parte pela laje. Verificou-se nos exemplos simulados que a formulação numérica proposta é estável com boa concordância com dados numéricos e experimentais da literatura e sem os problemas comumente relacionados aos métodos baseados na plasticidade concentrada. Por fim, o tratamento da interação parcial aliada à plasticidade na forma concentrada e as ligações semirrígidas se torna um diferencial do estudo realizado.Item Avaliação da influência da temperaturas sobre os parâmetros modais de estruturas.(2016) Ortiz Morales, Fabricio Alejandro; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Cury, Alexandre Abrahão; Neves, Francisco de Assis das; Barbosa, Flávio de SouzaOs parâmetros modais obtidos através de ensaios dinâmicos vêm sendo usados há algumas décadas como indicadores de danos estruturais e como indicadores da integridade das estruturas, baseado na premissa de que os danos provocam reduções da rigidez estrutural. No entanto, os parâmetros modais também são sensíveis a variáveis ambientais, tais como umidade, vento e temperatura. Esta última provoca, por sua vez, pequenas mudanças no módulo de elasticidade dos materiais, fazendo com que muitas vezes as variações devidas à temperatura sejam maiores que aquelas causadas pelos danos. Para evitar que o efeito térmico mascare a detecção de danos ou, ainda, dê falsos alarmes de dano estrutural, muitos pesquisadores ao redor do mundo têm desenvolvido diversas metodologias com o objetivo de contornar este problema. Dentre algumas delas, encontram-se modelos de elementos finitos, análise de componentes principais, diagramas de controle, testes de hipótese, modelos de regressões, indicadores evoluídos, entre outros. Algumas delas requerem o monitoramento contínuo das estruturas. O monitoramento estrutural é um problema de reconhecimento de padrões estatísticos que envolve a complexa interação entre propriedades dos materiais, propriedades geométricas da estrutura e variáveis ambientais. Este trabalho visa estudar a relação entre temperatura e parâmetros modais através de ensaios dinâmicos em uma viga de aço, submetida a diferentes temperaturas e a alguns cenários de dano estrutural. Os dados obtidos são analisados utilizando técnicas estatísticas básicas e avançadas, visando a detecção dos danos sob diferentes temperaturas. O diferencial desta pesquisa em relação a outros trabalhos, é que os ensaios são realizados em condições controladas de temperatura, nível de dano e de excitação, já que muitas referências da literatura, nesta área, relatam ensaios realizados em estruturas sujeitas a condições ambientais. Os resultados obtidos mostram o quão difícil este problema é, principalmente quando a variação dos parâmetros modais causada pela mudança de temperatura é similar àquela acarretada pela existência de um dano estrutural.Item Uma abordagem conceitual e numérica para a reabilitação arquitetônica e estrutural da rotunda do complexo ferroviário do município de Ribeirão Vermelho - MG.(2016) Veloso, Luciana Bracarense Coimbra; Souza, Henor Artur de; Araújo, Ernani Carlos deA pesquisa realizada teve por objeto de estudo a Rotunda do Complexo Ferroviário do Município de Ribeirão Vermelho, Minas Gerais, Brasil, desenvolvida com o objetivo de avaliar a estabilidade e a segurança da estrutura do edifício com vistas a uma possível proposta de reabilitação. A rotunda apresenta um sistema construtivo que combina paredes autoportantes de tijolos cerâmicos maciços com a cobertura em treliças de ferro pudlado, apoiada sobre colunas de ferro fundido cinzento. Seu valor de memória conferiu um caráter interdisciplinar a investigação, estabelecendo-se dialogo entre a área de Engenharia e a de Arquitetura, dada a necessidade de se ter clareza acerca da avaliação de segurança da edifício na sua relação com critérios de conservação e preservação arquitetônica. Isso exigiu integrar uma abordagem qualitativa a investigação quantitativa em que se avaliou a segurança estrutural da Rotunda. Procedeu-se a exploração de seu potencial técnico, aí compreendendo, nurn primeiro momento, conhecer a origem, tipologia, características estéticas e funcionais da rotunda; identificar as propriedades geométricas, químicas e físicas dos elementos estruturais a serem recuperados; identificar e diagnosticar as patologias dos materiais, as causas dos danos e suas degradações. Num segundo momento, tal exploração envolveu verificar os deslocamentos da estrutura como um todo e, consequentemente, verificar a rigidez e estabilidade do arranjo dos componentes, bem como analisar numericamente os elementos estruturais de ai(O, com vistas a sua restauração e/ou reforma estrutural. Para tanto, buscou-se, preliminarmente, saber se sua preservação seria praticável e, a partir daí, verificar as necessidades de reformula-lo, substitui-lo e/ou restaura-lo da estrutura. Para a analise estrutural, desenvolveu-se, ap6s o levantamento geométrico do edifício, a modelagem tridimensional da estrutura com o objetivo de determinar os esforços internos e exteros e suas tensões, bem como a determinação dos deslocamentos que a estrutura vem apresentando desde sua construção. Utilizou-se o software Autocad para a modelagem tridimensional e o software Strauss 7 para a analise estrutural. Por meio da investigação experimental dos materiais - analise metalográfica e análise de microscopia 6ptica, identificou-se as características químicas e físicas dos materiais. Com os resultados obtidos foi possível alimentar informações (fies para a avaliação computacional. Pelo Método dos Elementos Finitos constatou-se que a estrutura apresentava um pequeno deslocamento. Com as alterações de perfis da treliça da cobertura, apenas com o objetivo de atender a norma NBR 8800 (2008), teve-se uma diminuído de, aproximadamente, 30% do deslocamento global da estrutura.Item Análise inelástica de segunda ordem de sistemas estruturais metálicos.(2006) Machado, Fernando Carlos Scheffer; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaEste trabalho traz os fundamentos para uma análise inelástica de segunda ordem em sistemas estruturais metálicos bidimensionais. As metodologias e formulações estudadas têm o objetivo de simular os efeitos da plastificação do aço de uma forma simples e eficiente. O sistema computacional oriundo deste trabalho pode ser considerado a primeira tentativa de desenvolver um programa de análise avançada de estruturas metálicas. A primeira abordagem inelástica estudada é dividida em duas formulações baseadas no método da rótula plástica: a elasto-plástica e a plástica-refinada. A primeira utiliza as prescrições da AIC-LRFD para definir uma superfície de interação M-P, que é responsável pela capacidade resistente limite da seção transversal metálica. A segunda é considerada um refinamento da primeira, onde são utilizadas formulações específicas para simular a degradação da rigidez da seção e do módulo de elasticidade. Em ambas formulações são utilizadas as funções de estabilidade para simular o efeito da nãolinearidade geométrica. A outra abordagem inelástica implementada baseia-se no conceito da “seção montada”. Ela foi desenvolvida diretamente para a formulação plástica-refinada e utiliza uma curva de interação M-P que varia de acordo com as dimensões de cada perfil. Essa abordagem utiliza equações desacopladas de rigidez para simular os efeitos de segunda ordem. A formulação elasto-plástica é então obtida através da simplificação da plásticarefinada. A avaliação da eficiência das formulações estudadas e implementadas é feita através da análise de vários problemas estruturais metálicos encontrados na literatura, cujos resultados são usados especificamente para validação de formulações inelásticas. Muitos desses resultados foram obtidos por métodos de comprovada precisão, como por exemplo, o método da zona plástica. No final deste trabalho são apresentadas algumas considerações adicionais envolvendo as formulações inelásticas estudadas.Item Estudo de cobertura para grandes vãos utilizando perfis tubulares.(2005) Furtini, Flávia Macedo; Ribeiro, Fernando LoureiroA racionalização dos métodos construtivos, aliada ao desenvolvimento e utilização freqüentes de elementos pré-fabricados, vem contribuindo para um crescente processo de industrialização nas construções. Neste sentido, a flexibilidade gerada pelo espaço projetado é considerada um importante canal para a viabilização deste processo de construir já que, além de opções de arranjo interno, permite também diversas associações dos materiais construtivos. A flexibilidade está diretamente relacionada à dimensão dos vãos livres internos que os espaços oferecem. Assim, as estruturas de cobertura para grandes vãos vêm destacando-se no sistema construtivo atual, por permitir espaços amplos e adaptáveis a quaisquer segmentos de mercado, absorvendo suas utilizações e necessidades, sejam elas mutáveis ou não. O presente trabalho tem por finalidade relatar o processo de desenvolvimento de um sistema estrutural de cobertura para grandes vãos em perfis tubulares sem costura, diferenciado dos demais existentes por se tratar um sistema industrializado. Características pertencentes ao conceito de industrialização como padronização e o controle de qualidade no processo e produto acabam por diferenciar o sistema no mercado nacional. Considera-se ainda que o sistema de cobertura industrializado constitui um meio eficaz de divulgação e aperfeiçoamento dos processos de manufatura do perfil tubular. Ao longo do trabalho são apresentadas as etapas do desenvolvimento do sistema, desde as diretrizes para viabilizar a concepção e modulação das peças até os procedimentos para fabricação de um protótipo experimental. Ao final do trabalho, são mostrados alguns exemplos em que o sistema estrutura proposto é utilizado.