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 Análise de patologias em obras públicas edificadas em estruturas de aço na cidade de Mariana-MG aplicando tecnologia BIM como proposta de reparação.(2019) Teixeira, Luis Paulo Góis; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Paula, Geraldo Donizetti de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Paula, Geraldo Donizetti de; Martins, Jaime Florêncio; Russo, Mário Luís CabelloA estrutura de aço aplicada em edificações públicas além de conferir praticidade em sua execução proporciona uma redução no que se refere ao desperdício de materiais no canteiro de obras, sendo capazes de superar as construções edificadas em concreto armado nesse aspecto, possibilitando um desenvolvimento cada vez mais progressivo. Muitos exemplos de aplicabilidade se direcionam para ginásios, áreas de lazer públicas, quadras, galpões de almoxarifado, passarelas e muitas outras modalidades estruturais que se agregam no contexto urbano. É importante ressaltar que essas estruturas muitas vezes são expostas diretamente ao meio ambiente e às intempéries tendendo a gerar inúmeras patologias na estrutura, que podem ocasionar, além de um desempenho global inadequado, também a ruína da mesma. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho é analisar quatro edificações públicas, estruturadas em aço, do município de Mariana -MG, no intuito de detectar patologias nas estruturas e propor possíveis soluções para a recuperação das mesmas. Como metodologia são realizados levantamentos de campo com registros fotográficos das manifestações patológicas e apresentação dos aspectos gerais e as causas prováveis das anomalias e falhas detectadas. Os resultados são analisados com apresentação de ações e indicação de terapias corretivas, bem como a elaboração de um modelo de programa de manutenção preventiva, visando à otimização dos custos de manutenção e o auxílio de decisões de reparos e tratamentos, que são inseridos em uma plataforma BIM, por meio de tabelas descritivas que podem ser aplicadas em trabalhos colaborativos.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.Item Obtenção do índice de confiabilidade de barras de perfis formados a frio submetidas à flexão simples com o emprego do método FORM.(2019) Toledo, Fernanda Ferra Andrade; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de; Vieira, Washington BatistaAs estruturas devem oferecer segurança e boas condições de utilização, de forma que não venham a falhar ou mesmo provocar desconforto a seus ocupantes. O estudo da confiabilidade estrutural relaciona-se com a avaliação da probabilidade de violação de um estado limite para um sistema estrutural. Assim, o objetivo deste trabalho é aplicar uma metodologia para análise dos índices de confiabilidade para barras de perfis formados a frio submetidas à flexão simples, projetadas segundo a norma brasileira ABNT NBR 14762:2010 e a norma norteamericana AISI S100:2016. Primeiramente, foi elaborado um banco de dados de resultados experimentais de alguns autores para o estado limite em questão e obtidas as forças resistentes para cada modelo ensaiado, com a utilização da ABNT NBR 14762:2010. É avaliado o erro de modelo (relação entre os valores teórico e experimental), fornecendo um resultado estatístico. Em seguida, foi empregado o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (First Order Reliability Method - FORM) para avaliação da segurança de vigas em perfis formados a frio incorporando-se os coeficientes de ponderação das resistências e das ações das normas brasileira e americana. Comparando-se os valores dos índices fornecidos pelos três métodos aplicados, o método FORM e a Simulação de Monte Carlo forneceram valores bem próximos, confirmando a precisão do método FORM. Sobre os índices de confiabilidade, a combinação referente ao LSD (Limit States Design) não apresentou resultados satisfatórios em relação ao valor alvo de β0=3,0, já que em todos os casos, o índice encontrado foi inferior ao valor pretendido. Por fim, concluiu-se que são necessários ajustes nos coeficientes de ponderação da resistência previstos em norma, conforme o tipo de seção e modo de falha; porém, faz-se necessário um refinamento destes resultados através da análise de mais dados.Item Ligações treliçadas com extremidades achatadas.(2019) Lauar, Pedro Castanheira; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Nunes, Gabriel Vieira; Amparo, Lucas RoqueteAs vantagens oferecidas pelo aço na construção civil, sobretudo pelos perfis tubulares usados em sistemas treliçados, motivam o crescimento de projetos com essa filosofia e pesquisas nessa área. Vencimento de grandes vãos, facilidade no transporte e montagem e organização do canteiro de obras são fatores desejáveis na etapa de execução. Neste trabalho, foram realizados estudos paramétricos numéricos de um nó de ligação em treliça plana tubular circular, em ANSYS Parametric Design Language (APDL), por meio do software ANSYS onde as diagonais possuem as extremidades achatadas e enrijecidas proposta em pesquisas anteriores são unidas à chapa gusset soldada ao banzo por meio de um único parafuso. O objetivo principal da pesquisa foi analisar o comportamento das diagonais comprimidas sob quatro variáveis: diâmetros e espessuras do banzo e das diagonais. Foram analisadas as situações em que o modo de falha ocorre nas diagonais, sendo a capacidade de carga da chapa gusset e do banzo superior à das diagonais. Foram observados dois possíveis modos de falha nos nós das diagonais: início de escoamento no enrijecedor lateral (predominante) e ovalização do furo em alguns casos nas diagonais tracionadas. Foram obtidas através das análises numéricas as cargas de início de escoamento do enrijecedor lateral das diagonais comprimidas e os valores teóricos de carga de flambagem elástica na metade do comprimento da diagonal, por meio dos métodos da fórmula da secante e da combinação de esforços, regulamentado pela NBR 8800:2008. Dessa maneira, foi possível estabelecer limites em que cada modo de falha ocorre. Foi observado que o aumento do diâmetro da diagonal e a diminuição da esbeltez do tubo implica a falha no achatamento enrijecido. Ao final, é sugerida uma metodologia de cálculo considerando a geometria da extremidade achatada enrijecida.Item 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 deA 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.
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