DECIV - Departamento de Engenharia Civil
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Item Investigação numérica do comportamento estrutural de um pórtico 3D parcialmente protegido em incêndio.(2005) Andrade, Ana Carolina Tonidandel; Gouveia, Antônio Maria Claret de; Paula, Geraldo Donizetti de; Rodrigues, Francisco CarlosO presente trabalho descreve uma investigação do comportamento de estruturas de aço típicas de edifícios de andares múltiplos, parcialmente protegidas, em situação de incêndio, com o objetivo de identificar mecanismos de interação estrutural capazes de influir na resistência ao fogo global da estrutura. Foi feito um estudo em um pórtico tridimensional, sujeito ao incêndio-padrão, no qual foram considerados três tipos de carregamentos: carga permanente e 20%, 40% e 60% da sobrecarga de utilização, combinados com quatro diferentes alternativas de proteção parcial ao fogo da estrutura. O efeito da hiperestaticidade em incêndios compartimentados é estudado, determinando-se a temperatura de colapso global da estrutura. A metodologia empregada tem como base o emprego do MEF tanto na definição da distribuição das temperaturas na seção transversal (TASEF) quanto na determinação da resposta estrutural em incêndio (VULCAN). Os resultados permitiram identificar alguns dos mecanismos de interação estrutural mais freqüentes na definição da resistência ao fogo final da estrutura, o que permitiu a proposição de técnicas de proteção passiva parcial aplicáveis. Resultados numéricos, conclusões e sugestões de investigações futuras são apresentados.Item Modelos numéricos para análise de elementos estruturais mistos.(2005) Muniz, Cereno de Freitas Diniz Gonçalves; Sousa Junior, João Batista Marques deOs elementos estruturais mistos, formados pela associação de perfis metálicos com o concreto, vêm se tornando uma solução atraente em diversos países, não só pelo aumento da capacidade de carga das peças estruturais, mas também devido a aspectos como economia e rapidez de execução da obra. Esta associação revela novos fenômenos que estão diretamente ligados à ação conjunta dos materiais e que, normalmente, são tratados de forma simplificada pelas normas. Este trabalho apresenta formulações numéricas para análise de elementos mistos utilizando elementos finitos de barra, que levam em consideração as não linearidades física e geométrica. A implementação realizada permite a consideração de qualquer tipo de seção transversal, que possa ser escrita em forma de poligonais, e de qualquer tipo de material, que possa ter sua relação constitutiva descrita através de funções polinomiais, abrangendo a grande maioria das situações encontradas na construção mista. Os elementos implementados permitem ainda a consideração de imperfeições geométricas iniciais e também análises no campo de grandes deslocamentos e grandes rotações através da utilização de elementos co-rotacionais. Um procedimento numérico de formulação simples, como no caso de elementos de barra, pode ser uma ferramenta de grande valor para pesquisadores e projetistas de estruturas mistas. O foco principal da dissertação é o comportamento de pilares mistos, mas, devido ao caráter genérico da formulação é possível o tratamento de elementos puramente metálicos ou de concreto armado. Ao longo do trabalho são descritas as principais particularidades inerentes a este tipo de estrutura e são apresentados os principais métodos de análise disponíveis na literatura. Resultados numéricos e experimentais são utilizados em comparações para verificação e validação do modelo proposto. Também são descritas, e comparadas através de exemplos, as prescrições do Eurocode 4 (1994), AISC-LRFD (1999, 2005) e do projeto de revisão da NBR 8800 (2003).Item Estudo computacional do mecanismo de tombamento flexural em filitos.(2004) Diláscio, Marcus Vinícius; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Lana, Milene Sabino; Gimenes, Evandro de ÁvilaTaludes escavados em filito, sejam para obras civis ou de mineração, são conspícuos na região do Quadrilátero Ferrífero, MG. Em sua grande maioria verifica-se a ocorrência de mecanismos de instabilização que não são usuais em taludes escavados em outros materiais rochosos, como por exemplo o tombamento flexural (flexural toppling). Existem diferentes abordagens para se estudar um problema como o de estabilidade de taludes e tentar modelar os mecanismos causadores de tombamento. Pode-se estudar esses mecanismos de ruptura através de três recursos principais: modelos físicos (modelos em escala reduzida submetidos à ação da gravidade e outras forças externas); modelos analíticos (método de equilíbrio-limite) e modelos numéricos. Dentre estes há o método de diferenças finitas implementado computacionalmente em códigos comerciais como o FLAC. Neste trabalho utilizou-se o software supracitado que permite a consideração de grandes deformações do maciço analisado (o que pode ocorrer em um talude de filito/xisto), e é especialmente apto a modelar, com eficiência e de maneira fidedigna, o processo dinâmico de instabilização de um talude. Foram realizadas um total de 255 análises paramétricas, correspondendo a uma combinação de geometrias de talude com ângulos que variaram de 30° a 60° e alturas de 50 a 200 m, de ângulos da foliação variando de 40° a 80°, e de quatro diferentes classes geomecânicas de maciços. Os resultados permitiram a criação de três cartas de estabilidade para as classes de maciço II, III e IV, com curvas que delimitam zonas estáveis e instáveis ao tombamento flexural, para diferentes alturas de talude. Tais cartas são adequadas para análises preliminares de projeto, nos taludes de filitos do Quadrilátero Ferrífero. Permitiram, ainda, as análises computacionais, uma melhor compreensão da mecânica do processo de instabilização de tais taludes, por tombamento flexural.Item Aplicações da análise limite numérica a problemas de estabilidade axissimétricos em geotecnia.(2005) Ribeiro, Wagner Nahas; Araújo, Luiz Gonzaga de; Nogueira, Christianne de LyraA análise limite, via método dos elementos finitos (MEF), tem sido bastante empregada para solução de problemas de estabilidade em geotecnia. Nas formulações existentes, o problema de estabilidade é colocado como um problema de programação matemática, que pode ser linear ou não linear. Este trabalho apresenta uma formulação mista de análise limite, via MEF, para solucionar problemas de estabilidade em geotecnia sob condição axissimétrica, onde o problema de programação matemática resultante é tratado por métodos não lineares. O solo pode ser modelado como contínuo ou reforçado. Para discretização do contínuo são empregados elementos quadrilaterais de 4 nós. As interfaces (soloestrutura e solo-reforço) podem ser modeladas através de elementos de interface sem espessura de 4 nós. O reforço pode ser discretizado através de elementos especiais, sem espessura, de 2 nós. O solo e as interfaces são idealizados como rígido-plásticos perfeitos com lei de fluxo associado. Para o solo é empregado o critério de escoamento de Mohr-Coulomb e para as interfaces, o critério de Coulomb. Vários problemas de geotecnia (fundação superficial, escavação circular e fundação profunda) são estudados pela implementação numérica realizada, mostrandose o potencial da metodologia para a solução de problemas de Engenharia Civil.Item Análise elastoplástica via MEF de problemas em solos reforçados.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Oliveira, Rodrigo Rodrigues Vieira de; Nogueira, Christianne de LyraUma estrutura de solo reforçado (ESR) é um sistema composto que envolve basicamente três componentes: o solo, o reforço e a interface solo-reforço. O desempenho da estrutura reforçada irá depender da interação entre estes componentes. Essa interação pode ser estudada através do monitoramento de um grande número de ensaios em escala de campo, ensaios de laboratório em escala reduzida ou em ensaios em centrífuga. Entretanto, o custo associado ao monitoramento adequado desses ensaios é elevado, de difícil execução, o que torna esse procedimento limitado. As análises paramétricas, via o Método dos Elementos Finitos (MEF), apresentam um menor custo e são uma alternativa efetiva à realização de um grande número de ensaios. A aplicação do MEF permite com certa facilidade investigar a influência das diversas configurações do sistema reforçado (tipo e quantidade de elementos de reforço, distribuição espacial dos elementos de reforço na massa de solo, etc) no comportamento mecânico de uma ESR, possibilitando ainda a obtenção da resposta do sistema reforçado até a ruptura. Para modelar uma ESR, via MEF, é preciso adotar uma formulação que leve em consideração a não linearidade física dos materiais, e, por conseguinte, a utilização de processos de solução de sistemas de equações não lineares e de esquemas de integração de tensão que satisfaçam, a nível global e local, as condições de equilíbrio e as equações constitutivas, respectivamente. Assim, o presente trabalho trata de uma modelagem não linear física de uma ESR e envolve implementações computacionais de modelos constitutivos elastoplásticos para representar de forma idealizada o comportamento do solo e da interface solo-reforço, e de esquemas de integração das relações constitutivas para esses elementos. Os exemplos estudados pelas implementações numéricas realizadas sugerem que a metodologia pode ser aplicada à solução de problemas práticos da Engenharia Civil.Item Análise não-linear de pórticos tridimensionais formados por elementos mistos de aço e concreto.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Carvalho, José Maria Franco de; Sousa Junior, João Batista Marques deO objetivo desta dissertação é o desenvolvimento, implementação e teste de modelos tridimensionais para simulação de pórticos espaciais de aço, concreto e mistos, através do Método dos Elementos Finitos. As estruturas analisadas são os reticulados espaciais compostos por elementos estruturais mistos de aço e concreto. A não-linearidade física e geométrica é considerada na formulação dos elementos finitos e contemplam os efeitos de grandes rotações e deslocamentos de forma rigorosa. No nível da seção transversal, são utilizadas técnicas analíticas de integração de esforços e módulos materiais tangentes, em cada ponto de integração, caracterizando um modelo de inelasticidade distribuída. Os elementos estudados neste trabalho são os corrotacionais tridimensionais, adaptados para o emprego de não-linearidade física nos pontos de integração. Para a validação das formulações implementadas são feitas comparações com outras análises constantes da literatura, bem como com resultados experimentais disponíveis.Item Software para análise e dimensionamento de vigas mistas aço-concreto em pontes rodoviárias.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Fernandes, William Luiz; Paula, Geraldo Donizetti dePontes metálicas são amplamente utilizadas em projetos que requerem grandes vãos livres. Entretanto, quando se considera as vigas principais atuando como vigas mistas aço-concreto, os projetos de pontes metálicas conseguem concorrer com os de concreto armado ou protendido em casos em que os vão livres encontram-se entre 20 e 50 metros. Além disso, quando comparadas ao sistema não misto, as vigas mistas proporcionam uma considerável economia de aço, pois diminuem o peso próprio da estrutura para o projeto de vigas, pilares e fundações. Este trabalho tem por objetivo analisar e dimensionar vigas contínuas mistas aço-concreto, constituídas por perfis I, em pontes rodoviárias através de um programa de computador desenvolvido em linguagem de programação Delphi. Os esforços solicitantes e as linhas de influência são obtidos pela formulação do Método da Flexibilidade. A distribuição transversal das cargas móveis pode ser realizada por três métodos: Linha de Influência de Reação, Transversina de Rigidez Infinita e Homberg- Trenks. Como resultado, o programa determina as características geométricas das seções das vigas principais, os diagramas e envoltórias de esforços das mesmas, linhas de influência, trens-tipo a partir da distribuição transversal das cargas móveis, quadro resumo com as ações nominais e combinadas, bem como o dimensionamento das vigas, incluindo conectores de cisalhamento e enrijecedores transversais de alma para as regiões críticas ao esforço cortante, com suas dimensões e espaçamentos. Para comparação de resultados, utilizou-se o programa SAP2000 para modelagem e análise numérica via método dos elementos finitos.Item Emprego de elemento finito híbrido na análise não-linear de estruturas metálicas.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Santos, Marcelo Nascimento dos; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaNeste trabalho, um elemento finito híbrido que incorpora em sua formulação os efeitos não-lineares de segunda ordem, da inelasticidade do aço e da rigidez da ligação, é utilizado para analisar alguns sistemas estruturais reticulados planos em aço (rígidos, semi-rígidos ou rotulados) submetidos a cargas aplicadas estaticamente. Na realidade, trata-se do elemento finito clássico de pórtico plano que apresenta em suas extremidades pares de molas dispostas em série. Uma das molas é representada, na formulação matemática deste elemento, pelo parâmetro Sc que define o grau de rigidez da ligação entre os membros do sistema estrutural; na outra mola é definido o parâmetro Ss que avalia a plastificação da seção. A matriz de rigidez desse elemento incorpora todos os efeitos não-lineares supracitados. O objetivo desta dissertação é averiguar a eficiência computacional desse elemento finito híbrido na simulação isolada e combinada desses efeitos não-lineares. São estudados inicialmente problemas clássicos de equilíbrio e estabilidade que apresentam como característica principal um comportamento fortemente não-linear e possuem em suas trajetórias de equilíbrio regiões com grandes deslocamentos e pontos críticos (pontos limites de carga e/ou deslocamento). Em seguida, sistemas estruturais semi-rígidos com imperfeições geométricas iniciais são avaliados com o intuito de se verificar a contribuição da rigidez das ligações no valor da carga crítica e na natureza do mecanismo de colapso. Por fim são efetuadas análises inelásticas, baseadas no método da rótula plástica refinado, de pórticos planos rígidos e semi-rígidos com contraventamento ou não. Conclui-se dessa forma um ciclo de análises numéricas que visa validar a implementação computacional e o emprego desse elemento finito híbrido na discretização de sistemas estruturais em aço. No final deste trabalho são apresentadas considerações adicionais envolvendo os resultados obtidos e algumas propostas para prosseguimento dessa linha de pesquisa.Item Decomposição genérica de domínio para análises 3D via M.E.C. : estudo de eficiência de estratégias voltadas para a análise de problemas de engenharia de grande ordem.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2005) Silva, Kátia Inácio da; Araújo, Francisco Célio deA eficiência do Método dos Elementos de Contorno na análise de problemas de engenharia depende fundamentalmente da eficiência dos algoritmos de integração e dos solvers utilizados. Nas últimas décadas, várias estratégias eficientes para a avaliação de integrais singulares e quasi–singulares foram desenvolvidas, e várias pesquisas têm evidenciado vantagens de solvers iterativos de Krylov em relação a solvers diretos. Com o objetivo de melhorar a eficiência das rotinas de montagem da matriz do sistema, propõe–se neste trabalho um processo baseado na combinação da transformação de coordenadas polares triangulares e da transformação não–linear de Telles. Além disso, o solver de gradiente biconjugado pré–condicionado de Jacobi (J– BiCG) é utilizado para o desenvolvimento de um algoritmo genérico de subestruturação. Vale ressaltar que elementos de contorno descontínuos são aplicados de modo a simplificar a introdução das condições de acoplamento entre um número genérico de subregiões, as quais eventualmente apresentam arestas e cantos. Desse modo, tanto o tempo de resolução do sistema quanto a memória são otimizados, uma vez que eliminam–se, completamente, o armazenamento e a manipulação de blocos de coeficientes nulos. Por fim, nas aplicações, uma série de exemplos numéricos é apresentada nos quais a performance das estratégias propostas é observada em termos de precisão das respostas e tempo de CPU para a montagem e resolução do sistema de equações algébricas resultante.Item Análise teórica-experimental de ligações tipo “t”, “k” e “kt” com perfis metálicos tubulares.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Mendes, Francisco Canazart; Sarmanho, Arlene Maria CunhaNeste trabalho é apresentado um estudo de ligações soldadas do tipo “T”, “K” e “KT” com “gap”, formadas por perfis tubulares estruturais de aço sem costura, com seção transversal retangular no banzo e circular no montante e diagonais. Para análise das ligações foram realizados ensaios experimentais em protótipos em escala real, além de análise numérica dos nós e ensaio para levantamento das tensões residuais no perfil retangular do banzo. Desta forma, este trabalho envolve estudo teórico a partir de prescrições de norma, estudo de sistema treliçado para determinação da geometria das ligações do tipo “T”, “K” e “KT” que foram ensaiadas no Laboratório de Estruturas “Prof. Altamiro Tibiriçá Dias” do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, além de ensaio para determinação da distribuição de tensões residuais no tubo retangular conformado a frio componente do banzo e por fim a geração, análise e calibração, a partir dos resultados obtidos nos ensaios experimentais, de modelos numéricos em elementos finitos por meio do software ANSYS, de forma que tivéssemos um modelo que representasse bem as ligações ensaiadas experimentalmente.