DECIV - Departamento de Engenharia Civil
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Item Análise da influência dos contraventamentos em painéis de sistemas de armazenagem.(2021) Dias, Otávio Teixeira; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Mesacasa Junior, Enio Carlos; Souza, Flávio Teixeira deOs sistemas de armazenagem industrial, ou racks, são estruturas utilizadas para armazenar e distribuir produtos manufaturados. Em geral, eles são fabricados em perfil formado à frio, de chapa fina, que garante aos perfis boa relação massa/resistência, flexibilidade da forma da seção transversal, além de facilidade de produção, manuseio e transporte. Nos Racks, a estabilidade no plano transversal está relacionada aos painéis contraventados, também chamados de montantes. O objetivo deste trabalho é analisar a influência dos contraventamentos e diferentes arranjos no comportamento e resistência dos montantes que formam o sistema de armazenagem. Para tanto, foi desenvolvida uma campanha experimental que determinou a capacidade de carga axial de montantes, com colunas de seção transversal do tipo rack, considerando variações no comprimento, nas condições de apoio e na disposição dos contraventamentos, através da montagem alternativa do ensaio de compressão descrito na norma BS EN 15512 (2009). Os resultados indicaram a dominância da flambagem distorcional como modo de falha, com características abruptas, além de pouca influência das condições de apoio na capacidade de carga dos protótipos. As alterações realizadas na configuração dos contraventamentos não são se mostraram suficientes para amenizar a falha, entretanto permitiram o crescimento da capacidade resistente. Outrossim, os ensaios realizados indicaram mecanismos de instabilidade que propiciaram estudos adicionais e a proposição de um aparato de enrijecimento da coluna, aumentando a carga de flambagem quanto ao modo distorcional. Foram determinadas a capacidade de carga experimentais de colunas isoladas e montantes com os aparatos de travamento propostos. Além da capacidade de carga, foram analisados os modos de instabilidade e sua relação com a carga última dos protótipos, através da análise dos deslocamentos das colunas. Notou-se que a utilização do aparato de travamento induz a falha no menor comprimento destravado, ocasionado pela mudança na seção transversal da coluna, que passa a se comportar como uma seção fechada na região onde esses elementos são fixados.Item Análise numérica da influência das dimensões de perfurações em perfis formados a frio do tipo rack submetidos à compressão.(2020) Souza, Flávio Teixeira de; Santos, Elves Tiago dos; Sarmanho, Arlene Maria CunhaOs sistemas de armazenagem industrial, normalmente chamados racks, são formados por perfis formados a frio em aço com perfurações para acomodar as ligações. A seção utilizada nas colunas é susceptível à flambagem distorcional, cujo dimensionamento normativo é feito por meio do Método da Resistência Direta. Como este método não considera as perfurações, este trabalho avalia sua adaptação para ser utilizado em sistemas de armazenagem industrial, com foco na flambagem distorcional de elementos sob compressão. Para isto, a análise de estabilidade requerida no Método da Resistência Direta foi feita por meio do software GBTul, considerando a redução da espessura da chapa para considerar o efeito das imperfeições. Foram ainda simuladas 300 colunas via elementos finitos, utilizando-se o software ANSYS. Os modelos numéricos foram construídos com um procedimento calibrado experimentalmente em trabalhos anteriores, servindo, portanto, como referência para a avaliação das adaptações do Método da Resistência Direta. Os resultados indicaram que a adaptação do Método da Resistência Direta para a avaliação de perfis formados a frio com perfurações é viável, desde que se considerem adequadamente o modo de flambagem preponderante para a seção. Indica também que o método proposto neste trabalho, que considera a variação da esbeltez da coluna devida à inserção das perfurações, pode levar a resultados ainda melhores na previsão da resistência de colunas do tipo rack sob compressão centrada.Item Otimização de colunas em perfis formados a frio de seção transversal tipo rack.(2021) Coimbra, Keitiane Fátima; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Ribeiro, Diogo Rodrigo Ferreira; Souza, Flávio Teixeira deOs perfis formados a frio têm como uma das suas principais vantagens a facilidade de fabricação e a grande flexibilidade quanto as formas geométricas que podem assumir. Essas características motivam que até mesmo as formas geométricas convencionais sejam estudadas com a finalidade de que tenham seu desempenho melhorado e sejam obtidas seções transversais com maiores relações resistência/peso e, consequentemente, mais eficientes e econômicas. Neste contexto, as técnicas de otimização vêm como uma importante ferramenta auxiliar de busca e, portanto, será utilizada nesta pesquisa com o intuito de se obter seções transversais do tipo rack com melhor desempenho quando submetidas à compressão centrada, já que esta tipologia de seção é usualmente utilizada em colunas de sistemas de armazenagem industrial, além de existirem poucos estudos com foco nesse objetivo. Como técnica de otimização, adotou-se o Algoritmo Genético, responsável por indicar a seção mais eficiente em função da avaliação da sua capacidade resistente, quantificada pelo Método da Resistência Direta (MRD). Este, por sua vez, necessita de uma análise de estabilidade prévia, que foi realizada por meio do Método das Faixas Finitas (MFF) em conjunto com o Método das Faixas Finitas Restringidas (MFFr), sendo utilizados para a obtenção das cargas críticas de flambagem. Realizou-se 126 análises, considerando-se seções com e sem enrijecedores, três funções objetivo, elemento de coluna com contenção lateral contínua e comprimento destravado de 1500 mm e, também, sob diferentes condições de restrições voltadas ao uso e quantidade de material. De maneira geral, os resultados demonstraram que por meio do processo de otimização é possível encontrar seções rack ótimas com maior tensão resistente característica se comparada a seção utilizada como referência. Para o elemento de coluna com contenção contínua, foi possível encontrar seções com aumento da tensão resistente característica de cerca de 38 a 40%. Além disso, a eficiência do processo de otimização mostrou-se dependente do comprimento do elemento de coluna e, principalmente no comprimento destravado de 1500mm, das restrições impostas ao problema.Item Análise numérica da influência das dimensões de perfurações em perfis formados a frio do tipo rack submetidos à compressão centrada sujeitos à flambagem distorcional.(2021) Pinto, Ramon Albis Rodrigues; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Russo, Mário Luís CabelloConstantemente torna-se necessária a realização de perfurações em perfis de aço formados a frio. Este trabalho teve o objetivo de avaliar como o comportamento estrutural desses perfis é influenciado pelas dimensões e posição das perfurações, bem como obter valores de forças axiais resistentes de compressão associada ao modo distorcional, via Método dos Elementos Finitos e compará-las a valores obtidos por uma extensão ao Método da Resistência Direta, presente em normas brasileiras. Dessa forma, foram trabalhadas análises numéricas pela Teoria Generalizada de Vigas, via software GBTul e pelo Método dos Elementos Finitos, via ANSYS, para obtenção da força resistente em função dos modos de instabilidade possíveis. Devido às características da seção transversal estudada, rack, e das condições de contorno definidas, buscaram-se formas para que o modo distorcional fosse o governante. Sabendo, por meio de pesquisas anteriores que perfurações influenciam no comportamento de placas, foram realizadas variações nas larguras e comprimentos de furos retangulares nas almas dos perfis, além de diversificações das linhas de furos. Estudou-se dois métodos e um apresentou boas correlações quando comparado a resultados obtidos pelo Método Dos Elementos Finitos, apresentando uma divergência média de 6,1%. Verificou-se que as dimensões das larguras dos furos reduzem a resistência em uma proporção maior que o comprimento deles. Além disso, perfis com uma linha de furo apresentaram maiores resistências do que aqueles com duas linhas e, para essa última configuração, linhas de furos mais distantes das bordas também apresentaram maiores valores de resistência.Item Confiabilidade de barras com perfurações em perfis formados a frio submetidas à força axial de compressão.(2020) Jardim, Roberta Layra Faragó; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de; Vieira, Washington BatistaOs perfis formados a frio (PFF) são elementos estruturais amplamente utilizados na construção civil, em construções residenciais, comerciais e industriais, e são suscetíveis a ocorrência de instabilidades local, global e distorcional. Os PFF podem ser fabricados com furos nas almas ou mesas, para acomodar e dar passagem a tubulações nas paredes e tetos das edificações, além de proporcionarem conexão entre elementos construtivos. O objetivo deste trabalho foi investigar a segurança estrutural de barras em PFF com perfurações na alma, submetidas à força axial de compressão, cujo cálculo da capacidade resistente foi realizado através de propostas de modificações do método da resistência direta (MRD). O dimensionamento seguiu critérios e formulações propostas por bibliografia internacional pois a norma brasileira de PFF não contempla dimensionamento para colunas perfuradas. Os resultados foram comparados com valores experimentais de um banco de dados de 183 colunas perfuradas, obtendo-se as estatísticas do erro do modelo. Foram empregados os métodos de confiabilidade FOSM (First-Order Second-Moment), FORM (First-Order Reliability Method) e SMC (Simulação de Monte Carlo) para avaliação dos índices de confiabilidade (ȕ) doV elemenWoV eVWUXWXUaiV analiVadoV. Os dados de calibração empregados neste trabalho, ou seja, as combinações de ações, as relações entre ações variável e permanente e o coeficiente de ponderação da resistência (J), são oriundos da norma americana de PFF. Os dados de combinação de ações e valor de J da norma brasileira de PFF também foram empregados. Os resultados obtidos, com o método FORM e utilizando-se a combinação de ações da norma brasileira, mostraram que quando o índice de confiabilidade alvo é de 2,5, J de 1,2 é adequado. Caso o índice de confiabilidade alvo estabelecido seja 3,0, J de 1,35 é uma proposta aceitável.Item Análise de painéis contraventados de sistemas de armazenagem industriais.(2018) Elias, Guilherme Cássio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Alves, Vinicius Nicchio; Silva, Andre Tenchini da; Sarmanho, Arlene Maria CunhaOs sistemas de armazenagem industrial, conhecidos também como racks, são estruturas utilizadas para armazenar produtos manufaturados. São fabricados em perfis formados a frio com chapas finas, que em função da versatilidade, economia e leveza são adequados à fabricação dos elementos que compõem os sistemas. No sistema de armazenagem a estabilidade do conjunto no plano transversal está associada a painéis contraventados. O objetivo deste trabalho é a realização de análises teóricas e experimentais dos painéis contraventados de sistemas de armazenagem, constituídos por colunas formadas por perfis formados a frio cuja seção transversal é do tipo rack. Foi avaliada a influência dos contraventamentos nos painéis quando comparados às colunas isoladas, ou seja, sem os contraventamentos. Foram analisados 198 ensaios experimentais, dentre painéis contraventados e colunas isoladas, realizados no Laboratório de Estruturas Prof. Altamiro Tibiriçá Dias (DECIV/EM/UFOP) e as cargas últimas experimentais obtidas foram comparadas entre as seções transversais e comprimentos considerados. Além da capacidade de carga, foram analisados também os deslocamentos relacionados aos modos de flambagem observados nos protótipos, pois devido à elevada esbeltez característica dos perfis formados a frio, estes ficam sujeitos aos fenômenos de instabilidade local, global e distorcional, assim como o acoplamento entre os modos. A análise teórica das colunas foi realizada considerando adaptações de prescrições normativas e os valores encontrados de capacidade de carga foram comparados com os resultados experimentais. Da análise dos deslocamentos e cargas últimas experimentais, observou-se que o comprimento total da coluna e o comprimento destravado dado pela posição dos contraventamentos são fatores que influenciam diretamente nos modos de flambagem. Além disso, a análise teórica considerando adaptações normativas ressaltou a necessidade de novas curvas de flambagem que considerem as perfurações nas seções transversais das colunas, a forma da seção transversal (tipo rack) e o acoplamento entre os modos de flambagem, e o mesmo para os painéis contraventados, cuja fixação dos contraventamentos não é levada em consideração nos projetos.Item Estudo da viabilidade do método da resistência direta em perfis U enrijecidos formados a frio com perfurações.(2018) Jardim Júnior, Fausto; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Russo, Mário Luís CabelloOs perfis formados a frio são largamente utilizados na construção civil devido sua versatilidade, leveza e resistência. Muitas vezes, para atender a passagem de dutos e soluções estruturais como as ligações dos sistemas de armazenagem industrial, os perfis formados a frio são perfurados. As literaturas normativas atuais não consideram a influência das perfurações na capacidade resistente e no comportamento de perfis formados a frio com perfurações, e a pesquisa sobre o tema ainda é inicial. Em vista disso, é de suma importância estudos e pesquisas que visam consolidar uma base para o dimensionamento de perfis formados a frio com perfurações. O objetivo deste trabalho é a avaliação de extensões de procedimentos normativos para a determinação da força axial resistente de perfis formados a frio de seção U enrijecido, com furos, sob compressão centrada, no âmbito da flambagem distorcional. Foram avaliadas propostas de adaptação do Método da Resistência Direta, previsto em anexo na NBR 14762:2010. Tais avaliações foram feitas realizando estudos numéricos por meio do Método dos Elementos Finitos, com a utilização do programa ANSYS. Inicialmente foi criado um modelo numérico para obter a resistência do perfil U enrijecido, sobre compressão, sem perfurações. Os resultados foram comparados com às prescrições normativas segundo o Método da Resistência Direta para garantir a validade do modelo numérico. Posteriormente, foram introduzidas perfurações no modelo numérico e avaliados os procedimentos de adaptações do Método de Resistência Direta para perfis com furos. Foram avaliados procedimentos propostos por outros pesquisadores, e um procedimento proposto neste trabalho. Os resultados indicaram a viabilidade da adaptação do Método de Resistência Direta para considerar a presença de furos no dimensionamento de perfis formados a frio.Item Otimização de sistemas estruturais para galpões utilizando o método dos elementos finitos.(2018) Silva, Sheila Bárbara Ferreira da; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Russo, Mário Luís CabelloUma variedade de arranjos estruturais de aço podem ser adotados na concepção de coberturas de galpões de uso geral. A escolha adequada dos sistemas estruturais se apresenta como um fator de grande importância para o desenvolvimento de soluções padronizadas e competitivas. Em função disso, a opção por treliças constituídas de perfis formados a frio mostra-se muito interessante no que se refere ao requisito leveza e, consequentemente, custo da estrutura. Este trabalho tem o intuito de avaliar comparativamente o desempenho de algumas tipologias de treliças de cobertura de galpões industriais. Assim sendo, um estudo paramétrico foi desenvolvido considerando as tipologias de treliças de banzos paralelos, trapezoidais, triangulares e arqueadas, submetidas a carregamentos comuns, com ações permanentes e variáveis, com vãos livres variando de 16 a 32 metros, em intervalos de 4 metros. Foram definidos ainda, o espaçamento entre as treliças de 6, 7,5 e 9 metros. Esses parâmetros foram testados considerando as áreas das seções transversais de três tipos de perfis, Perfil U, Perfil U enrijecido (Ue) e Perfil Cantoneira, permitindo uma análise da utilização de cada um deles. De posse desses parâmetros foram gerados 180 modelos cujas simulações/análises foram realizadas a partir do método de otimização disponível no programa Ansys. Como parâmetros da avaliação da eficiência dos sistemas estruturais foram consideradas a taxa de consumo de aço e a resposta estrutural dos diversos modelos analisados. Os resultados indicaram que coberturas em treliças arqueadas apresentam as maiores taxas de consumo de aço, seguida pelas coberturas resolvidas com treliça de banzos paralelos. As tipologias que apresentaram menor consumo de aço foram a treliça trapezoidal, para menores espaçamentos entre as treliças de cobertura, e a treliça triangular, para maiores espaçamentos. Esse estudo foi desenvolvido com a finalidade de se gerar subsídios que possam auxiliar profissionais na tomada de decisões, visando a adoção de uma estrutura de cobertura que atenda a uma melhor relação custo/benefício.Item Análise numérica de ligações parafusadas semirrígidas em perfis formados a frio.(2018) Castro, Emerson Cardoso de; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Nunes, Gabriel VieiraAs ligações têm um papel importante no desempenho estrutural, elas promovem a união entre partes na estrutura e são capazes de transmitir esforços (como momento fletor, esforços cisalhante e normal) entre os vários elementos estruturais. Assim as ligações idealizadas, rígidas ou flexíveis, apresentam respostas estruturais diferentes dos resultados obtidos através da condição real, em que as ligações transmitem momentos ou são submetidas a algum tipo de rotulação, caracterizando assim ligações com rigidezes intermediárias. Com intuito de estudar o comportamento de uma tipologia de ligação semirrígida utilizada para conectar uma coluna em seção tipo “I” a vigas de seção tipo “caixa”, esta pesquisa estendeu ao estudo realizado através de ensaios experimentais, para avaliar o comportamento da ligação viga-coluna semirrígida através de análise numérica por meio do programa ANSYS. Foram analisados nessa pesquisa dois protótipos, um sem enrijecedores de coluna e outro com enrijecedores de coluna. A modelagem se deu no âmbito tridimensional através da reprodução via programa, do ensaio experimental. Para melhor previsão do comportamento da ligação, foram inseridas ao modelo a não linearidade física e geométrica. Foram obtidas as curvas forçadeslocamento e a evolução das tensões de von Mises para os diferentes componentes dos protótipos. Os resultados indicaram a viabilidade da análise numérica para ligação proposta.Item Análise numérica de ligações do sistema de armazenagem industrial.(2018) Machado, Ana Paula Magalhães; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Russo, Mário Luís CabelloOs sistemas de armazenagem do tipo rack são constituídos por perfis formados a frio, as colunas apresentam perfurações ao longo da alma criando facilidade e rapidez na ligação com a coluna. Essa ligação é feita através de uma garra dentada soldada na extremidade da longarina. A presente pesquisa apresenta um estudo numérico dessa ligação garra - coluna caracterizada pela conexão da garra na coluna, sem a utilização de parafusos, com a garra encaixando-se nos furos da coluna. Os elementos da ligação foram estudados através do programa computacional ANSYS, considerando o método dos elementos finitos e utilizando análise não linear. A análise do comportamento do sistema e o cálculo da rigidez da ligação foram norteadas por meio das prescrições do RMI 2008. Visto que as peças do modelo são perfis formados a frio e, em geral, esses perfis são afetados pelas tensões residuais o modelo numérico foi examinado em três situações. Situação 1: Nenhum elemento afetado pelas tensões residuais; Situação 2: Todos os elementos afetados pelas tensões residuais; Situação 3: Apenas a garra afetada pelas tensões residuais. Os resultados numéricos foram comparados com os experimentais de Miranda (2011). Após a análise das três situações observa-se que a situação 3 apresenta um valor de carga última bem definido e boa aproximação entre os resultados obtidos numericamente e experimentalmente.