Repositório RCAAP

A análise da instabilidade em pilares de concreto armado não é tão simples, o que leva os profissionais da área a recorrer ao uso de processos mais simplistas ou a mudanças na geometria da peça de concreto armado. Isso se deve ao fato do pouco conhecimento que existe sobre o real comportamento da estrutura. Muitos estudos têm sido elaborados para a análise da capacidade última dessas peças comprimidas e da estrutura como um todo, consistindo na análise do comportamento dos pilares submetidos a determinadas solicitações normais. Este trabalho apresenta um estudo da estabilidade de pilares esbeltos de concreto armado submetidos à flexão normal composta. O estudo complementa o trabalho desenvolvido por Paula (1988) para a averiguação de colunas esbeltas, acrescentando-o alguns fatores como a esbeltez, distribuição do momento de primeira ordem e cargas de longa duração. O objetivo é apresentar meios para o dimensionamento de peças esbeltas através de caminhos alternativos e simplistas que permitam avaliar com certa precisão a estabilidade de um barra.

No Brasil, o emprego de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio tem crescido consideravelmente, em virtude da ampla disponibilidade de laminados planos no mercado (chapas finas), bem como pela busca de soluções estruturais mais competitivas. Nesse cenário, pode-se destacar as estruturas mistas de aço e concreto destinadas aos edifícios habitacionais de pequeno porte, em que os tradicionais perfis laminados são substituídos por perfis formados a frio tanto nas vigas como nos pilares. Embora o sistema de vigas mistas possa ser considerado consolidado no campo dos perfis laminados e soldados, o comportamento estrutural no caso de perfis formados a frio necessita de investigação mais aprofundada, de modo a verificar os modos de ruína e a viabilidade do emprego dos modelos teóricos clássicos. Nesse trabalho foi desenvolvido um estudo teórico e experimental sobre as vigas mistas em perfis formados a frio duplo U enrijecido, focalizando a ligação mista (ligação viga-pilar) e consequentemente a resposta estrutural da região de momento fletor negativo. O programa experimental consistiu da análise de dois protótipos cruciformes para determinar a curva momento-rotação, o momento resistente, a rigidez, a capacidade de rotação e identificar modos de falha. Foi possível constatar maior capacidade de rotação da ligação com cantoneiras de assento e de alma quando comparada a uma ligação totalmente soldada. Comparando com o modelo experimental o método dos componentes avaliou de forma razoável a rigidez em serviço, já o método proposto por Leon et. al. superestimou muito esse parâmetro, a capacidade de rotação foi avaliada de forma satisfatória pelos dois métodos. O momento resistente negativo da viga mista obtido experimentalmente apresentou um valor intermediário entre os valores teóricos obtidos por processo plástico e elástico.

Dentro do conjunto de aspectos relacionados à elaboração de projetos em estruturas de aço e mistas de aço e concreto, destaca-se como de grande importância e interesse, para fins de dimensionamento, a consideração de elementos estruturais submetidos a temperaturas elevadas. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo principal propor a construção de modelos numéricos tridimensionais de pilares de aço pertencentes a sistemas estruturais correntes da construção civil, para análise em situação de incêndio, com vistas a simular numericamente a evolução dos níveis de temperatura ao longo do tempo com posterior acoplamento termoestrutural. Considera-se uma análise paramétrica com vista a variar as restrições axiais totais e parciais da barra, no referente aos deslocamentos axiais, contemplando desde a situação de extremidade livre até a restrição completa em resposta à consideração de apoio do tipo fixo, por exemplo. Os resultados numéricos são comparados a ensaios experimentais de outros autores, bem como com outros trabalhos numéricos já publicados. São obtidas respostas de deslocamentos axiais e laterais do modelo termoestrutural para diversas disposições de paredes em relação ao perfil, bem como gráficos do acréscimo de força axial introduzido no sistema pela restrição axial. Os estudos aqui realizados poderão servir como base para novas pesquisas tanto no campo numérico quanto experimental, assim como para futuras revisões da ABNT NBR 14323:1999, buscando contemplar situações de interesse não abordadas neste documento normativo. Os resultados da pesquisa apontam que a consideração do campo térmico com a inclusão da alvenaria no modelo termoestrutural pode melhorar consideravelmente o desempenho do elemento estrutural em situação de incêndio.

Sistemas mistos de aço e concreto são aqueles em que o elemento de aço trabalha estruturalmente em conjunto com o concreto. Essa associação dos materiais resulta numa melhor utilização de ambos os materiais tanto quanto à capacidade resistente, quanto em caráter construtivo, funcional e estético. O presente trabalho tem como finalidade a análise de vigas de aço e mistas de aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio. Esse estudo tem grande importância tendo em vista os incidentes com altas temperaturas em edificações ocorridos ao longo dos anos. O aumento de temperatura nas estruturas é um efeito nocivo, pois prejudica a rigidez e a resistência dos materiais, podendo levar estruturas ao colapso. As análises das vigas mistas aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio foram feitas através de análises experimentais que foram realizadas no forno horizontal à gás do Laboratório de Engenharia de Estruturas da EESC/USP. Foram realizados ensaios de flexão em pontos em altas temperaturas e a variável nos ensaios foi o fator de carga aplicado no meio do vão das vigas. Foi possível comparar o comportamento das vigas metálica e mistas, bem como as temperaturas em vários pontos ao longo do elemento por meio de termopares colocados em pontos estratégicos. Transdutores de deslocamento também foram usados para saber o valor de deslocamento nos apoios e no meio do vão das vigas. Uma análise térmica bidimensional através do ABAQUS também foi feita para comparação de resultados. Conclui-se que para uma mesma carga aplicada os deslocamentos foram mais expressivos nos ensaios das vigas em situação de incêndio se comparados aos valores obtidos nos ensaios à temperatura ambiente, observou-se o efeito benéfico do revestimento de concreto ao perfil metálico, responsável por um ganho expressivo de resistência ao fogo quando comparado aos elementos puramente metálicos e por fim obteve-se boa concordância entre as temperaturas encontradas por modelagem numérica através do ABAQUS e dos ensaios experimentais realizados.

Em estruturas de concreto pré-moldado, as ligações usualmente apresentam comportamento semi-rígido, apesar desse tipo de vinculação não ser sempre considerado no projeto e análise das estruturas. Ensaios dinâmicos para a determinação da rigidez da ligação apresentam a vantagem de serem não-destrutivos e a possibilidade de serem utilizados na verificação das condições reais de vínculo ou para a avaliação da necessidade de um eventual reforço estrutural. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método para a análise da deformabilidade de estruturas de concreto baseado em ensaios dinâmicos, focalizando a semi-rigidez das ligações de elementos pré-moldados. Os objetos de estudo específicos são as ligações viga-pilar com capacidade de transmissão de forças e momentos. Em uma etapa preliminar desta pesquisa, realizaram-se ensaios-piloto em diferentes modelos de estruturas de concreto e de aço, em tamanho real e reduzido, com diferentes condições de contorno, para avaliar os instrumentos, equipamentos e sensores disponíveis. A partir da verificação da metodologia experimental proposta, realizou-se um estudo comparativo dos resultados obtidos com ensaios estáticos e dinâmicos em um modelo reduzido de pórtico de concreto pré-moldado, utilizando métodos diretos na obtenção da rigidez da ligação entre os elementos. Na confecção das ligações viga-pilar, foram empregados dispositivos usuais, tais como: dente e consolo, chumbador, almofada de apoio e preenchimento com graute e, posteriormente, aplicados reforços por inserção de laminado de PRFC inseridos no concreto de cobrimento, que permitiu o incremento da resistência e da rigidez à flexão das ligações. A metodologia experimental para determinar a rigidez da ligação viga-pilar envolveu procedimentos diretos, com ensaios dinâmicos de vibração forçada e sinais medidos por acelerômetros, e ensaios estáticos usuais em que se utilizam transdutores de deslocamento e clinômetros. Os resultados dos ensaios com os modelos de concreto, corroborados pelos resultados dos modelos metálicos, demonstram a validade da utilização da metodologia experimental dinâmica para determinação direta da rigidez de ligações. As conclusões obtidas aplicam-se diretamente ao projeto das estruturas e à prática da investigação estrutural, dentro do ambiente acadêmico e da indústria.

This work is devoted to the numerical analysis of saturated porous media, taking into account the damage phenomenon on the solid skeleton. The porous media is taken into poroelastic framework, in full-saturated condition, based on the Biot\'s Theory. A scalar damage model is assumed for this analysis. An implicit Boundary Element Method (BEM) formulation, based on time-independent fundamental solutions, is developed and implemented to couple the fluid flow and the elasto-damage problems. The integration over boundary elements is evaluated by using a numerical Gauss procedure. A semi-analytical scheme for the case of triangular domain cells is followed to carry out the relevant domain integrals. The non-linear system is solved by a Newton-Raphson procedure. Numerical examples are presented, in order to validate the implemented formulation and to illustrate its efficiency.

Este trabalho é uma contribuição ao estudo da ancoragem de barras de aço da armadura longitudinal em ligações de elementos fletidos de concreto armado em edifícios usuais. São investigadas importantes pesquisas que mostram os avanços em relação ao entendimento do tema nas últimas décadas. É proposto um método de aferição dos modelos constitutivos dos materiais, concreto e aço, no programa de elementos finitos ADINA para verificações de projeto seguindo recomendações da NBR 6118:2003 e MC CEB-FIP 1990. São realizadas análises numéricas de modelos bidimensionais em ligações viga-pilar de extremidade os quais são comparados a modelos experimentais e retirados de projetos já existentes. Os parâmetros de análise são o momento de fissuração e a força de tração a ancorar na seção mais solicitada da viga, conferidos com valores calculados por métodos analíticos e/ou expressões normativas, as tensões e deformações máximas em pontos ao longo do trecho ancorado das armaduras de longitudinais da viga e a influência da força normal. Os resultados revelam que as simplificações e hipóteses assumidas para a concepção dos modelos numéricos são consistentes

Enfrentar situações de falha é o principal desafio do engenheiro estrutural. Parece paradoxal, mas a fim de obter um projeto bem sucedido, o engenheiro estrutural deve estudar e examinar todos os possíveis modos de falha de uma estrutura. Na otimização estrutural não é diferente. Assim, na otimização estrutural deve-se considerar os custos esperados de falha. No projeto de engenharia estrutural, economia e segurança são aparentemente objetivos conflitantes. No entanto, quando custos esperados de falha são considerados, nota-se que investimentos em segurança são necessários a fim de não arcar com os custos esperados de falha. O ponto ideal de compromisso pode ser encontrado por uma otimização de risco, onde a função objetivo inclui todos os custos ao longo do ciclo de vida da estrutura: construção, operação, manutenção inspeção, descarte e as consequências de falha esperadas. Este último é um remanescente que não pode ser desconsiderado dos modos de falha contra os quais a estrutura precisa ser projetada. Esta dissertação aborda a otimização de sistemas estruturais simples, considerando o equilíbrio entre modos de falha concorrentes, tais como escoamento (esmagamento), flambagem e snap-through. O estudo mostra como os diferentes modos de falha, associados a diferentes custos de falha, levam a diferentes projetos ótimos. Uma estrutura de treliça plana é estudada como exemplo de aplicação. A forma (posições nodais) e tamanho dos elementos são consideradas como variáveis de projeto. Resultados mostram que projetos ótimos suficientemente diferentes são obtidos quando o equilíbrio entre modos de falha concorrentes é alterado.

Neste trabalho apresenta-se um estudo do comportamento estrutural de cestas protendidas, tendo em vista a sua utilização em coberturas pênseis de grandes áreas livres. A partir da Técnica do Meio Contínuo obtêm-se as equações que permitem analisar as cestas protendidas quanto a esforços e deslocamentos. Fazem-se considerações sobre o sistema de equações encontrado visando a sua resolução mediante o emprego de programa computacional como instrumento de cálculo. Apresentam-se exemplos numéricos e os resultados são comparados com os obtidos em outros trabalhos. Fazem-se algumas considerações a respeito do projeto e do cálculo de cestas protendidas, além de algumas indicações sobre a continuidade da pesquisa.

Estacas de pequeno diâmetro são bastante empregadas nas pequenas e médias construções no interior do Estado de São Paulo. Neste trabalho são apresentados os métodos comumente utilizados no projeto dos blocos de coroamento de grupos de estacas. Através de provas-de-carga em protótipos, em condições similares àquelas encontradas nas obras, constatou-se a validade de algumas prescrições daqueles métodos, como a consideração de que a carga que o pilar transmite às fundações se distribui igualmente entre as estacas. Verificou-se também, ser possível desconsiderar a reação do solo sobre o bloco. As armaduras dos protótipos foram instrumentadas com extensômetros elétricos de resistência, visando comparar os esforços solicitantes surgidos nos ensaios com os previstos no dimensionamento.

Neste trabalho apresenta-se um elemento finito de casca plano que é obtido pela composição de um elemento de placa com um de membrana. O elemento de placa usado, o DKT (Discrete Kirchhoff Theory), pertence à classe dos elementos triangulares com nove graus de liberdade (uma translação e duas rotações por nó), e é obtido pela imposição da hipótese de Kirchhoff nos seus pontos nodais. Para o elemento de membrana, usou-se o elemento CST (Constant Strain Triangle), com seis graus de liberdade (duas translações por nó). O elemento finito resultante DCT, possui dezoito graus de liberdade (três translações e três rotações, sendo uma das rotações fictícia- no plano do elemento). Simples exemplos de placa e chapa no espaço foram analisados para se testar o elemento, e finalmente uma casca cilíndrica uniformemente carregada foi analisada e o resultado obtido comparado com o fornecido por outros autores. Neste estudo, o elemento DKT mostrou-se eficiente na análise de cascas.

Neste trabalho são estudados os parâmetros de verificação do estado limite de deformações excessivas (a relação flecha-altura-a/H) e da estabilidade global (o parâmetro &#945 e o coeficiente &#947z) das estruturas de edifícios. Através da utilização de exemplos de estruturas de trinta (30) edifícios usuais de concreto armado, estabelece-se uma relação entre esses parâmetros, objetivando propiciar ao projetista de estruturas condições de avaliar a eficiência e o grau de confiabilidade de cada um deles. São também discutidos e comparados alguns dos procedimentos usuais para realizar uma análise global de segunda ordem das estruturas. Nesta análise deve-se levar em conta tanto a não-linearidade física (NLF) quanto a geométrica (NLG) e, para tanto, são adotados métodos rigorosos e aproximados. Quer-se com isso, principalmente, analisar o processo simplificado como suficiente para se obter os esforços finais de segunda ordem, uma vez que se pretende incluir tal procedimento na norma brasileira NB-1, atualmente em fase de revisão.

As lajes nervuradas de concreto armado são constituídas por vigas solidarizadas por uma mesa de concreto, estas lajes podem ser totalmente moldadas \"in loco\", ou possuirem parte das vigas (nervuras) pré-moldadas. Existem algumas particularidades tanto no dimensionamento, desde a obtenção dos esforços solicitantes, quanto na execução das lajes nervuradas. O conhecimento dessas particularidades, bem como o caminhamento correto, desde o projeto até a execução das lajes é fundamental para o bom desempenho das mesmas, de maneira segura e econômica. Estas particularidades são analisadas, incluindo-se algumas recomendações das normas, sendo apresentados resultados e comentários embasados na bibliografia pesquisada e algumas considerações do autor deste trabalho. Analisam-se, também, através de exemplos de aplicação os casos mais comuns de lajes nervuradas, inclusive com o detalhamento das armaduras.

Recentemente, tem se verificado aplicações de painéis sanduíche como elementos estruturais e não estruturais na Construção Civil, principalmente empregados em edificações. Painéis sanduíche, com faces de argamassa armada e núcleo de espuma rígida de poliuretano derivado de óleo de mamona, são estudados visando o emprego em edificações. O comportamento à flexão destes painéis, é estudado através de ensaios de flexão com vigas submetidas a carregamentos nos terços do vão. Alguns modelos teóricos para o cálculo do deslocamento são propostos e comparados com os deslocamentos obtidos nos ensaios. Ensaios de cisalhamento da espuma são feitos a fim de se determinar o seu módulo de deformação transversal, bem como a resistência ao cisalhamento. Obtém-se da análise dos resultados dos ensaios, parâmetros para projeto deste elemento.

O presente trabalho se propõe a estabelecer uma comparação entre os resultados de ensaios em modelo físico da Caixa Espiral de uma turbina tipo Kaplan, caso da Barragem Nova Avanhandava, e os resultados de auscultação do protótipo, através de uma comparação intermediária com modelos numéricos, baseados no Método dos Elementos Finitos. São mostrados os procedimentos seguidos na construção e ensaios do modelo físico, os métodos utilizados na coleta e análise de dados de auscultação da barragem, e as modelagens plana e tridimensional para processamento numérico.

A combinação do Método dos Elementos de Contorno e do Método dos Elementos Finitos é o procedimento usualmente empregado na análise da flexão de placas interagindo com o solo. Usando-se da associação de ambos os métodos pode-se tirar vantagens de cada um deles e, consequentemente, chegar a uma técnica melhorada para tratar com problemas práticos. Contudo, a formulação do MEF não representa bem as tensões e os esforços concentrados ao longo do contorno, que podem ocorrer devido à maior rigidez da placa quando comparada com o meio solo, como a formulação do MEC faz. Por isso, a flexão de placas sobre base elástica é aqui proposta utilizando-se apenas das formulações do MEC, ou seja, tanto os problemas tridimensionais quanto os problemas de placas são tratados pela formulação de contorno para casos elastostáticos e elastodinâmicos. Duas diferentes formas de tratar problemas de flexão elastodinâmica de placas são discutidas, enfatizando possíveis instabilidades numéricas que as duas técnicas podem exibir. Finalmente, depois de propor a combinação dos problemas tridimensional e de placas, os resultados de exemplos numéricos apresentados mostram as vantagens e desvantagens da técnica proposta.

Este trabalho apresenta o estudo do comportamento das estruturas tridimensionais de edifícios altos, sujeitos às ações verticais e laterais, considerando-se a rigidez transversal à flexão das lajes. A análise é feita pelo processo dos deslocamentos para todos elementos, onde emprega-se o Método dos Elementos Finitos na discretização das lajes e vigas em cada pavimento. O sistema estrutural não considera a presença dos núcleos estruturais, pilares ou pilares-parede submetidos à flexo-torção. As lajes também funcionam como diafragmas infinitamente rígidos em seu plano, sendo responsável pela compatibilidade dos deslocamentos correspondentes e pela transmissão das forças do vento aos pilares. Elaborou-se um programa de computador que automatiza o processo utilizado, e alguns exemplos são apresentados para comprovar sua validade.

Estruturas civis estão inevitavelmente submetidas às incertezas, são formadas por múltiplos componentes e estão sujeitas a vários modos de falha. Portanto, o dimensionamento poderia ser realizado com base na confiabilidade global do sistema, na correlação entre os modos de falha distintos do sistema estrutural, assim como na correlação entre a falha de seus elementos constituintes, definindo-se onde é válido empregar mais ou menos material. Logo, um elemento que tenha pouca influência na falha do sistema poderia ser dimensionado com confiabilidade menor, por exemplo. No entanto, a normativa nacional vigente de dimensionamento estabelece que a estrutura seja obtida mediante o dimensionamento individual de cada um de seus elementos constituintes, sem considerar a segurança do sistema como um todo. Com o objetivo de analisar as concepções ótimas de sistemas estruturais usuais, realizou-se a otimização estrutural de sistemas reticulados em concreto armado considerando riscos e incertezas. As variáveis de projeto adotadas são as dimensões da seção transversal dos elementos, taxa de armadura nas seções críticas dos elementos e parâmetros associados às propriedades materiais. Para melhor representar as não linearidades física e geométrica presentes, uma abordagem em elementos finitos baseada em posições foi empregada. Constatou-se que as técnicas de otimização adotadas levam a resultados mais econômicos quando o nível de segurança requerido é menor. Em contrapartida, as configurações ótimas resultam mais robustas e menos econômicas ao ser exigido um maior nível de segurança. Ademais, percebeu-se que, para as funções objetivo consideradas, a minimização de custos iniciais leva à redução da resistência média do concreto, e à priorização do aumento das seções transversais dos elementos.

O método construtivo com painéis portantes de concreto é economicamente viável, porém relativamente novo no cenário nacional, sobretudo no caso dos pré-moldados. As incertezas referentes às peculiaridades desse método, bem como a nova norma brasileira de painéis pré-moldados, ainda em elaboração, vem a motivar uma análise probabilística dos critérios de projeto disponíveis. Utilizando-se a técnica da confiabilidade estrutural, é possível propagar as incertezas referentes às variáveis a uma resposta final no índice de confiabilidade, sendo um cálculo totalmente probabilístico. Neste trabalho, emprega-se tal técnica com informações estatísticas referentes a lajes de concreto moldadas in loco para verificar, de maneira mais verossímil, a segurança dos critérios de projeto impostos pelo Precast Concrete Institute Design Handbook - Precast and Prestressed Concrete - 7th Edition (2010) às fases transitórias (desforma, transporte e içamento) e pela Norma Brasileira ABNT NBR 6118: 2014 - Projeto de estruturas de concreto, à fase em uso. Prossegue-se a uma análise crítica dos resultados bem como sugestões para diminuir a variação dos resultados, sobretudo pela calibração de novos coeficientes parciais de segurança, processo para o qual este trabalho pode servir de base.

O presente trabalho trata do estudo do comportamento de chumbadores grauteados inseridos em concreto com fibras de aço em ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado. Este estudo é importante para se entender e poder quantificar a influência da rigidez deste componente no comportamento de ligações semirrígidas de estruturas de concreto pré-moldado. O objetivo do trabalho é estudar o mecanismo do chumbador no concreto com fibras de aço em ensaios específicos e avaliar também o comportamento de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando estas fibras no consolo e no dente da viga. Nesta pesquisa foi realizado um programa experimental no Laboratório de Estruturas da EESC, uma análise numérica com o emprego do software DIANA® e uma comparação com formulações analíticas existentes para o cálculo da força última destes componentes. Foram ensaiados nove modelos experimentais para avaliar especificamente o mecanismo resistente do chumbador, variando-se os diâmetros das barras, sua inclinação e a porcentagem de fibras de aço no concreto. Além destes modelos, foi realizado ensaio de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado para avaliar a rigidez da ligação com chumbador inserido em concreto com fibras de aço. Nos ensaios experimentais dos chumbadores observou-se que modelos com concreto com fibras de aço apresentam rigidez até 25% maior se comparado ao modelo com concreto convencional. Verificou-se que o graute utilizado para solidarizar os chumbadores exerce significativa influência na capacidade última do modelo, podendo diminuir em cerca de 30% a capacidade de carga. A ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando concreto com fibras de aço no consolo e no dente da viga se comportou de maneira satisfatória, não apresentando fissuração na interface dos diferentes concretos. Na comparação dos modelos ensaiados com as formulações teóricas extraídas de trabalhos de referência verificou-se que, para os modelos específicos de chumbador, a formulação existente é representativa. Para a ligação viga-pilar, alguns ajustes na formulação analítica se fizeram necessários para considerações de efeitos de grupo e de borda observados e decorrentes da utilização de dois chumbadores na ligação proposta neste trabalho.