DECIV - Departamento de Engenharia Civil
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Item Otimização de vigas alveolares de aço utilizando método dos elementos finitos e algoritmos genéticos.(2023) Lubke, Gabriela Pereira; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Neves, Francisco de Assis das; Fernandes, Walliston dos Santos; Sousa Junior, João Batista Marques de; Alves, Élcio CassimiroOs estudos sobre otimização de estruturas têm ganhado destaque na atualidade, a busca por consumir os recursos de forma mais consciente e eficaz incentivam o uso de tais técnicas em todos os campos de atuação, e não seria diferente na indústria da construção civil. Nesse sentido, o presente estudo tem por objetivo empregar técnicas de otimização computacional para determinar a máxima capacidade resistente das vigas alveolares de aço, para dois grupos de linhas de corte diferente, um gerando vigas com alvéolos em formato de hexágonos e outro gerando vigas alvéolos com formato de elipses, este segundo grupo contempla como caso particular as vigas com aberturas circulares. O estudo utiliza o programa de elementos finitos FEMOOP, elaborado em linguagem C++, e são implementados um elemento finito triangular de três nós, submetido a um estado plano de tensão, uma rotina para otimização da forma e uma rotina para detalhar a linha de corte ideal a partir do modelo encontrado. As rotinas implementadas são validadas a partir de modelos numéricos e experimentais encontrados na literatura, demonstrando que o programa desenvolvido encontra resultados consistentes. Alguns exemplos de vigas alveolares são otimizados e os resultados são apresentados, indicando que a forma dos alvéolos e tamanho dos montantes interfere significativamente na resistência do perfil expandido.Item Método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta.(2021) Caetano, Lucas Fonseca; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Tribess, Arlindo; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Gomes, Adriano PintoA busca pela diminuição no impacto que as edificações promovem no consumo de energia é crucial para a elaboração de projetos que proporcionem maior conforto térmico e, ao mesmo tempo, controlem o consumo de energia nas edificações. A crescente tendência de aplicação da tecnologia do aço como sistema estrutural no Brasil conduz ao estabelecimento de critérios e métodos para evitar as perdas térmicas por meio desse material, que atua como ponte térmica, o que pode favorecer a um aumento dos gastos de energia para aquecimento e/ou resfriamento dos ambientes. Neste trabalho é proposto e implementado um método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta. O método consiste em aplicar as normas de cálculo de pontes térmicas EN ISO 10211 e EN ISO 14683 a partir de um modelo de parede equivalente, possibilitando a avaliação por meio de simulações computacionais utilizando o EnergyPlus. São analisados quatro casos de simulação computacional: Caso 1 – desconsidera-se a presença de pontes térmicas na edificação; Caso 2 – estrutrura de aço exposta isolada termicamente; Caso 3 – avalia-se o efeito da ponte térmica plana; e Caso 4 – consideram-se as pontes térmicas a partir da aplicação das normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683. Aplica-se o método em quatro cidades brasileiras (Curitiba/PR, Belo Horizonte/MG, Ouro Preto/MG e Santa Maria/RS), em um ambiente condicionado artificialmente, no qual é feito também, via medições, o monitoramento das temperaturas superficiais internas da envoltória, da temperatura interna do ambiente e do consumo de energia com resfriamento e aquecimento do ambiente. Os resultados obtidos indicam que a carga térmica de resfriamento do ambiente é a que sofre maior influência das pontes térmicas na envoltória da edificação, aumentando cerca de 27,2% ao se considerar o dia típico de projeto de verão de Curitiba. Isso implica em custos adicionais para resfriamento do ambiente, podendo chegar a até 38% de aumento em um ano. O isolamento térmico da estrutura exposta implica em uma redução de cerca de 32% do consumo de energia anual para resfriamento do ambiente para essa mesma Zona Bioclimática. A análise experimental mostra que as diferenças entre as temperaturas superficiais da estrutura em aço exposta e da parede são bem acentuadas. No verão, há uma diferença de até 13,9 °C no período diurno. No inverno, essa diferença chega a 7,5 °C à tarde e 3,0 °C à noite, o que pode ocasionar problemas para a envoltória da edificação. Estes resultados evidenciam a necessidade de se buscar alternativas que minimizem os ganhos e/ou perdas de calor através das pontes térmicas, ou até mesmo tratá- las com um isolamento térmico apropriado, reduzindo custos para condicionar os ambientes e prevenindo a propensão de patologias na envoltória dos edifícios estruturados em aço.Item Avaliação de uma edificação estruturada em aço comprometida por manifestações patológicas diversas : estudo de caso.(2022) Sousa Neto, Eduardo Olímpio de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Paula, Geraldo Donizetti de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Mazon, Ana Amélia OliveiraO sistema construtivo estruturado em aço é um dos mais amplos e diversificados que se tem aplicado em projetos nos últimos anos, pois apresenta características específicas, que tornam o seu uso vantajoso quando comparado a outros sistemas. Porém, sua integridade merece uma atenção especial, pois vários agentes físicos e químicos podem alterar a aparência e resistência do aço devido à corrosão, gerando patologias que podem comprometer as edificações, tanto do ponto de vista estético, quanto do ponto de vista da segurança estrutural. O estudo de técnicas de análise e levantamento das patologias de uma edificação é de grande importância para a engenharia, pois promove uma significativa redução de custos e tempo para execução das operações de recuperação das estruturas. Sendo assim, pesquisas com o intuito de realizar procedimentos para avaliação das patologias em edificações estruturadas em aço e seu impacto no sistema estrutural se tornam relevantes. Qualquer edificação tem seu ciclo de vida útil. Entretanto, existem fatores que podem prolongar ou reduzir esse tempo. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar as patologias diversas detectadas em uma edificação estruturada em aço, situada na cidade de Ipatinga, MG, adotada como estudo de caso. São apontados também os problemas decorrentes das manifestações patológicas da estrutura e do uso. Como método, é feita uma avaliação pós-ocupação e são realizadas visitas de campo a fim de levantar e registrar as patologias existentes, que podem comprometer a segurança estrutural da edificação. Com essas informações apontam-se as causas prováveis das patologias, mostrando seu impacto no ciclo de vida da edificação, e propõem-se técnicas adequadas para recuperação da estrutura.Item Otimização de sistemas estruturais em aço para edifícios industriais com ponte rolante.(2021) Ferreira, Jéssica Luciene; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Mazon, Ana Amélia OliveiraExistem diversas configurações possíveis quando se trata de edifícios industriais em aço. Características como a existência ou não de ponte rolante, o tipo de cobertura, a distância entre os pórticos, os vãos transversais livres, entre outros atributos, são de suma importância na elaboração de um projeto viável, técnica e economicamente. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo otimizar sistemas estruturais em aço para edifícios industriais de médio porte com ponte rolante. Para isso, foram considerados 36 modelos, combinados com vãos livres iguais a 20, 24 e 28 metros, distâncias entre pórticos de 6,0 e 7,5 metros, cobertura composta por treliças de banzos paralelos e triangulares e carga da ponte rolante iguais a 100 kN, 250 kN e 500 kN, submetidos a ações permanentes e variáveis. O método empregado no estudo foi o Método dos Elementos Finitos. Inicialmente foi realizado um prédimensionamento dos modelos através do software SAP 2000 e, posteriormente, o pórtico mais solicitado foi otimizado utilizando o método de otimização disponível no software ANSYS Workbench. Como parâmetros de otimização foram consideradas as áreas de seção dos perfis e os deslocamentos no topo dos pilares, obtendo-se o peso total de aço da estrutura com a melhor resposta de análise. Como resultado, observou-se uma redução média de 23,76% no peso total de aço após a otimização, indicando que os modelos com cobertura composta por treliça de banzos paralelos (BP) apresentaram menores pesos de aço em todas as etapas. Considerando as demais características estudadas, a carga da ponte rolante é a que mais influencia no peso do pórtico e a distância entre os pórticos é a característica que menos causa interferência. Os modelos com carga de ponte rolante igual a 100 kN apresentaram a maior redução do peso de aço após a escolha dos perfis comerciais, enquanto os modelos com cargas iguais a 250 kN e 500 kN proporcionaram a menor redução. Outro resultado importante a se observar é que nos modelos com carga de ponte rolante igual a 500 kN, as características geométricas atuam consideravelmente sobre o peso de aço do pórtico. Assim, quanto maiores as dimensões dos modelos mais elevado é o peso do pórtico. Também foi possível notar que, para alguns modelos, a distância entre os pórticos não influencia no peso total de aço. Diante dos resultados apresentados, pode-se afirmar que a padronização da seção dos perfis resulta na economia estrutural e facilita a execução do projeto.Item Influência do contraventamento na estabilidade e resistência de estruturas em aço.(2021) Azevedo, Iara Santana de; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Batelo, Everton André Pimentel; Neves, Francisco de Assis dasO crescimento populacional em grandes centros urbanos, juntamente com a falta de espaço físico, tem levado à construção de edifícios cada vez mais altos e esbeltos. Estruturas com múltiplos pavimentos trazem grandes desafios à Engenharia Civil exigindo condições especificas de projeto, de construção e de uso. Mais diretamente relacionado à análise estrutural, o aumento do número de pavimentos acarreta em um acréscimo dos efeitos decorrentes das ações horizontais. Nessas estruturas, por estarem susceptíveis a grandes deslocabilidades devido a tais ações, adota-se comumente componentes estruturais de contraventamento, cuja principal função é fornecer estabilidade ao sistema. Além disso, com o uso de materiais mais resistentes e novas técnicas construtivas surge-se a necessidade de aperfeiçoamento das metodologias adotadas na análise estrutural, buscando oferecer aos profissionais da área condições para que realizem projetos mais seguros e econômicos com maior rapidez e eficiência. Nesse sentido, neste trabalho realizam-se análises numéricas de estruturas reticuladas planas em aço com o objetivo de avaliar sua estabilidade e resistência ao inserir sistemas de contraventamento. Durante o estudo, investiga-se a influência de alguns parâmetros dos sistemas de contraventamento tais como: o tipo de ligação com os outros membros da estrutura, as propriedades da seção transversal, a posição e a disposição das barras, além da sua eficácia quanto à variação na intensidade das cargas laterais. Análises estáticas serão realizadas via programa MASTAN2. Formulações não lineares de elementos finitos que consideram duas fontes de não linearidades, geométrica e física, são adotadas. Através dos estudos realizados, observou-se que os sistemas de contraventamento exerceram influência significativa em todas as estruturas analisadas, proporcionando um aumento na rigidez, e consequente, redução da deslocabilidade lateral. Outras conclusões e observações referentes ao comportamento estrutural de cada estrutura investigada e diretamente relacionadas às análises efetuadas serão estabelecidas.Item Habitação de interesse social em Light Steel Framing no Brasil : avaliação da percepção do usuário sobre a moradia.(2021) Malta, Gabrielle Sperandio; Arcipreste, Cláudia Maria; Aguiar, Tito Flávio Rodrigues de; Arcipreste, Cláudia Maria; Aguiar, Tito Flávio Rodrigues de; Vale, Clécio Magalhães do; Grillo, Antônio Carlos DutraDiante do déficit habitacional brasileiro e da hegemonia de tecnologias convencionais extensivamente difundidas na construção civil no Brasil, o presente trabalho trata da temática da racionalização e industrialização construtiva com ênfase no sistema Light Steel Framing (LSF), aplicado em Habitações de Interesse Social (HIS). Parte-se do pressuposto de que dificilmente se conseguiria, em um curto espaço de tempo, suprir a demanda brasileira por habitações sem a introdução de novas alternativas construtivas que estejam associadas a um alto desempenho e um baixo custo de produção. O Light Steel Framing está atrelado a características como a agilidade construtiva, menor desperdício de recursos, controle de prazos e custos, dentre outras, que justificam a produção de moradias em larga escala. Logo, este trabalho investiga o uso deste sistema construtivo, que pode ser considerado contra-hegemônico para a produção de HIS, no sentido de ser uma tecnologia construtiva pouco utilizada. A partir da avaliação pós-ocupacional de um conjunto habitacional construído em LSF, localizado no Município de Ponta Grossa, no Paraná, buscou-se compreender a relação dos usuários com o ambiente construído, analisando a interação, aceitação, conhecimento, uso e manutenção da tecnologia. A coleta de dados da pesquisa realizou-se por meio de questionários, entrevistas e observação direta do objeto de estudo. Os resultados obtidos indicam que não houve a participação do usuário ao longo das etapas construtivas, como, por exemplo, por meio de instrução e capacitação para o uso da moradia em Light Steel Framing. A participação do usuário nestas etapas poderia ampliar as potencialidades do LSF e reduzir muitos dos problemas verificados, uma vez que os usuários enfrentaram dificuldades no uso, manutenção e adaptação à moradia em razão da falta de envolvimento nas etapas anteriores ao recebimento das casas. Neste sentido e no âmbito da pesquisa, provoca-se a indagação se seria possível o Light Steel Framing ser tratado sob os aspectos da Tecnologia Social como vertente de inclusão do beneficiário em etapas construtivas que precedem o recebimento da moradia, como caminho para efetiva aceitação e adaptação deste sistema construtivo.