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Desenvolvimento de uma rotina computacional para otimizar o pré-dimensionamento de edifícios em concreto armado, tratados simplificadamente como pórticos planos. Os softwares comerciais utilizados pelos escritórios de engenharia para o cálculo de estruturas partem do pré-dimensionamento, sendo esta etapa essencial ainda realizada geralmente a partir da experiência e intuição do projetista, por métodos de tentativa e erro. Apesar de que pequenos erros cometidos nesta fase serão corrigidos durante o dimensionamento, esse processo geralmente não leva à solução mais econômica, visto que podem existir diversas soluções de estruturas que atendam às condições de segurança exigidas pelas Normas e há pouco tempo para o engenheiro escolher, por meio de uma análise, a que lhe parecer ser a mais econômica. A otimização matemática é então utilizada como uma ferramenta de auxílio ao engenheiro para a determinação do projeto mais econômico, sendo que o prédimensionamento passa a ser feito utilizando técnicas matemáticas de avaliação das variáveis e restrições incluídas no projeto. A partir do posicionamento dos elementos e dos valores limites para as variáveis envolvidas, utilizando o método de programação quadrática sucessiva para resolver o problema geral de programação não-linear, aplica-se uma função de mínimo custo para a seção transversal das vigas e dos pilares, obtendo-se uma solução de mínimo custo para a estrutura estudada

Neste trabalho estudou-se o comportamento de uma ligação viga-pilar de estrutura pré-moldada parcialmente resistente a momento fletor quando submetida a momentos negativos e positivos. A ligação estudada é composta por dois chumbadores inclinados presos à viga através de chapa metálica, porcas e arruelas e uma capa de concreto com armadura longitudinal passando por dentro do pilar. No programa experimental foram elaborados dois modelos submetidos a carregamentos alternados, em ciclos e de curta duração. Em seguida foi desenvolvido um modelo analítico para cálculo dos momentos resistentes e feita uma simulação numérica para avaliar a influência da semi-rigidez da ligação em estruturas típicas de concreto pré-moldado. Os resultados experimentais indicaram que a ligação apresenta uma boa capacidade de transmissão a momento fletor negativo e a momento fletor positivo com um comportamento bastante dúctil. Sem a necessidade de grandes alterações de custos e de execução, a ligação proposta promoveu uma redução significativa dos momentos na base dos pilares (aproximadamente 50%) quando comparada à ligação articulada. Quando comparada à ligação similar, porém com os chumbadores retilíneos, há um aumento superior a 2,5 vezes no momento de plastificação e de 3 vezes na rigidez no sentido do momento fletor positivo

A maioria dos silos existentes no mundo não apresenta condições ideais de operação devido ao insuficiente conhecimento das pressões exercidas pelo produto armazenado principalmente na situação de descarga. A descarga excêntrica é comum em cooperativas e indústrias pois facilita o acesso na descarga do produto armazenado em trens e caminhões. Em contrapartida, nesta situação surgem pressões assimétricas que são a maior causa de acidentes e colapsos em silos. Até mesmo em silos concêntricos, as pressões assimétricas podem ocorrer. Ainda faltam muitas respostas com relação ao comportamento das pressões na descarga excêntrica, por isso, a maioria das normas internacionais recomenda a adoção de pressões adicionais para levar em conta os efeitos das pressões assimétricas, sendo que, estas recomendações variam muito de uma norma para outra e muitas vezes não são claras em suas afirmações. Este trabalho teve por objetivo principal o estudo teórico e numérico das pressões devidas ao produto armazenado em silos verticais com descarga excêntrica. Os resultados obtidos mostram que para a determinação das ações em silos esbeltos para o armazenamento de produtos de fluxo livre uma boa solução é a utilização dos métodos recomendados pelas normas EUROCODE e DIN, com algumas ressalvas: pressão no fundo do silo segundo a AS, estabelecimento de coeficiente de sobrepressão mínimo de 1,2 e porcentagem mínima de variabilidade das propriedades dos produtos, mesmo quando elas forem obtidas por meio de testes experimentais.

O presente trabalho trata da aplicação do Método de Resíduos Ponderados, mais especificamente do Método dos Mínimos Quadrados, na obtenção de soluções aproximadas de problemas de estruturas em casca, em especial os reservatórios cilíndricos submetidos a carregamento hidrostático em regime de comportamento linear. Os meios empregados para a obtenção das soluções aproximadas referem-se à adoção de bases aproximativas lineares, polinomiais, além da possibilidade de enriquecimento da aproximação mediante a adição de funções com características similares à própria solução exata. Uma outra alternativa utilizada refere-se à aplicação do Método dos Mínimos Quadrados com divisão do domínio de integração. Tais procedimentos podem ser úteis na análise de estruturas por evitar, de modo significativo, a elevação do esforço computacional, mediante a utilização de uma base aproximativa que corresponda às características requeridas pela solução analítica do problema.

A incorporação de resíduos industriais ao concreto, tais como as pozolanas, é uma das soluções para o aproveitamento de subprodutos poluentes estando em acordo com os princípios da sustentabilidade. É objetivo do trabalho discutir e analisar a viabilidade da aplicação de um resíduo das termoelétricas da indústria de beneficiamento do arroz, a cinza da casca de arroz (CCA), como adição mineral em concretos duráveis. Com 88% de sílica em sua composição, a CCA tem grande potencial de utilização em concretos porque possibilita o aumento da resistência à compressão pelas suas características de alta pozolanicidade e grande finura. Misturas de argamassas padrão contendo 0, 5, 10 e 15% de CCA moídas apenas industrialmente e com moagem adicional de 1 hora, foram confeccionadas a fim de se avaliar o comportamento do aglomerante (CPV - ARI PLUS + CCA) em relação à resistência mecânica. Concretos com traços 1:3,5, 1:5 e 1:6,5, relação água-aglomerante igual a 0,45 e 15% de CCA foram ensaiados à compressão. Os ensaios mostraram que a CCA é predominantemente cristalina e tem alta pozolanicidade. Quanto às argamassas padrão e aos concretos, os resultados mostraram que a utilização da CCA em compósitos à base de cimento é viável, além de ser ecologicamente correta.

Fundações do tipo radier estaqueado são aquelas formadas pelos elementos estruturais de placa e estacas (elementos de barras) e o solo . Ao contrário de outras tipos de fundações, onde a carga da superestrutura é transferida ao solo pelo radier ou pelas estacas apenas, no radier estaqueado a contribuição das estacas, bem como a do radier são consideradas. As estacas transferem as cargas da superestrutura ao solo e, assim, permitem a redução dos recalques de uma forma muito econômica. O objetivo do presente trabalho é a análise da interação solo-estrutura através do acoplamento MEC-MEF. O solo é considerado um semi-espaço homogêneo, elástico e linear governado pela equação de Navier e modelado pelo Método dos Elementos de Contorno (MEC), admitindo a solução fundamental de Mindlin. As estacas são modeladas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) e cada elemento possui quatro nós. Além disso, as estacas podem receber forças horizontais, verticais e momentos. A tensão de cisalhamento ao longo da estaca é aproximada por um polinômio do segundo grau e as forças na direção horizontal são aproximadas por um polinômio do quarto grau. O elemento de fundação que faz a ligação do pilar com a estaca é representado por uma placa de grande rigidez, que apresenta o comportamento de um bloco. A interação entre o radier estaqueado e o solo é feita através da reação resultante da interação estaca-solo, nos nós com estaca. A interface radier-solo é dividida em elementos triangulares e para a reação do solo considera-se a variação linear ao longo de cada elemento. A superestrutura é modelada pelo MEF. Vários exemplos de interação solo-estrutura são estudados nesta tese, e mostram que as soluções obtidas a partir do programa computacional desenvolvido no presente trabalho denominado SSI estão de acordo com outros autores.

A utilização de concreto leve decorre especialmente dos benefícios promovidos pela redução da massa específica do material, tais como menores esforços nas estruturas, economia com fôrmas e cimbramento, além de diminuição dos custos com transporte e montagem de construções pré-fabricadas. Atualmente, além das questões técnicas e econômicas, a escolha dos materiais de construção deve levar em conta os aspectos ambientais. Portanto, o uso de poliestireno expandido (EPS) na produção de concreto pode abrir portas para o emprego de resíduos de materiais dessa natureza, e ainda usufruir de sua baixa massa específica nas aplicações estruturais. Este trabalho teve como objetivo determinar as principais características do concreto leve com pérolas (esferas) de EPS, também conhecido como Concreto Ultraleve® ou Concreflex®, características essas necessárias para projetar elementos estruturais, e analisar o comportamento de lajes produzidas com esse novo material. Mais especificamente, foram determinadas características mecânicas, tais como: resistência à compressão, módulo de elasticidade e resistência à tração, na compressão diametral e na flexão, além de características de deformação de longo prazo, como retração e fluência. Também foi determinada a massa específica e avaliada sua relação com as características mecânicas, além dos ensaios de modelos de lajes unidirecionais produzidas com esse concreto. Para analisar a possibilidade de aplicação prática do concreto leve com EPS em lajes, foram elaboradas tabelas para pré-dimensionamento de lajes unidirecionais e bidirecionais com o novo material, nas quais essas lajes foram comparadas com as de concreto comum. Com base no procedimento experimental e nos resultados dos ensaios, o objetivo de determinar as características necessárias para projetar elementos estruturais de Concreto Leve com EPS foi alcançado. Pode-se ainda afirmar que o concreto estudado, com aproximadamente metade da massa específica dos concretos convencionais, apresenta características compatíveis com a produção e o uso comercial de lajes maciças, principalmente pré-moldadas, o que pode ser estendido a outros elementos que não necessitem de concretos com resistência muito alta. Também foi avaliado o comportamento de modelos de lajes de concreto leve com poliuretano (PU), de maneira semelhante ao estudo realizado com EPS, incluindo a caracterização do concreto de cada modelo. Para complementar a análise de desempenho do concreto leve com EPS, apresentou-se um estudo de carbonatação, que comprovou a excelente condição desse novo material com relação à durabilidade.

Realiza-se o estudo dos efeitos globais causados pela interação solo-estrutura em edifícios de paredes de concreto moldadas no local sobre fundações profundas. Propõe-se um modelo simplificado para a análise estrutural elástica linear de edifícios de paredes de concreto com a utilização exclusiva de elementos finitos de barra. O modelo proposto contempla a influência da deformabilidade das fundações e o efeito arco que ocorre nas paredes de concreto suportadas por pavimentos de transição ou elementos de fundação. O efeito da interação solo-estrutura é simulado por meio da aplicação de coeficientes de rigidez nos apoios da estrutura, calculados por uma ferramenta computacional desenvolvida neste trabalho. O desempenho do modelo proposto é avaliado por meio da comparação com modelo de referência mais refinado que utiliza elementos finitos de casca para discretizar a estrutura por completo. Realizam-se estudos de caso de edifícios de paredes de concreto de múltiplos pavimentos, com estruturas de transição e fundações deformáveis sujeitos ao carregamento vertical. O modelo simplificado proposto se mostrou adequado para a análise estrutural dos edifícios de paredes de concreto moldadas no local com carregamento vertical estudados neste trabalho. Os resultados obtidos indicam que a interação solo-estrutura altera o fluxo de tensões nos edifícios de maneira significativa, causando importante redistribuição de esforços nos elementos estruturais e não deve ser desprezada no dimensionamento da estrutura. Observou-se, também, a redução dos valores de recalques máximos e, principalmente dos recalques diferenciais dos apoios dos edifícios estudados.

The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical method based on the Partition of Unity (PU) concept and inspired on both the Partition of Unity Method (PUM) and the hp-Cloud method. According to the GFEM, the PU is provided by first-degree Lagragian interpolation functions, defined over a mesh of elements similar to the Finite Element Method (FEM) meshes. In fact, the GFEM can be considered an extension of the FEM to which enrichment functions can be applied in specific regions of the problem domain to improve the solution. This technique has been successfully employed to solve problems presenting discontinuities and singularities, like those that arise in Fracture Mechanics. However, most publications on the method are related to linear analyses. The present thesis is a contribution to the few studies of nonlinear analyses of Solid Mechanics by means of the GFEM. One of its main topics is the derivation of a segment-to-segment generalized contact element based on the mortar method. Material and kinematic nonlinear phenomena are also considered in the numerical models. An Object-Oriented design was developed for the implementation of a GFEM nonlinear analyses framework written in Python programming language. The results validated the formulation and demonstrate the gains and possible drawbacks observed for the GFEM nonlinear approach.

O pilar misto parcialmente revestido é fruto da associação de um perfil metálico e concreto trabalhando em conjunto. Nestes pilares o perfil metálico, normalmente perfil I ou H, não é totalmente envolvido por concreto, sendo apenas a região entre as mesas preenchida. No Brasil, a utilização de pilares mistos parcialmente revestidos é ainda incipiente. Contudo a introdução do dimensionamento de elementos mistos na ABNT NBR 8800:2008 e as vantagens construtivas inerentes aos elementos mistos tem viabilizado a utilização destes elementos em obras pelo país afora, especialmente naquelas de grande porte. Neste contexto, o objetivo principal do trabalho é analisar o comportamento estrutural destes pilares e avaliar a possibilidade de substituição das armaduras tradicionais compostas por vergalhões por alternativas como telas de aço soldadas ou adição de fibras de aço ao concreto (taxa de 1,5% de fibras de 25 mm de comprimento). Para isto, foram feitos ensaios experimentais de cinco modelos físicos de pilares mistos parcialmente revestidos solicitados por compressão centrada e de um modelo solicitado por compressão excêntrica. Os resultados demonstraram-se promissores no que tange à substituição da armadura, mesmo para a situação com excentricidade na força aplicada. Em complemento, foi desenvolvida uma simulação numérica dos modelos físicos ensaiados utilizando o pacote computacional DIANA®, fundamentado no método dos elementos finitos, com o pré e pós-processador FX+. Apesar da hipótese simplificadora de aderência perfeita entre o aço e o concreto, o modelo numérico representou adequadamente o comportamento dos pilares mistos.

O setor da construção civil é um dos que mais consomem recursos naturais e utilizam energia de forma intensiva, gerando consideráveis impactos ambientais juntamente com grande quantidade de resíduos. A utilização de produtos alternativos como painéis de madeira surge como uma possibilidade de redução de tais impactos. O Oriented Strand Board, desenvolvido para substituir o painel compensado, tem conquistado cada vez mais espaço na construção apesar de sua menor estabilidade dimensional perante o seu antecessor. A adição de resíduos, como o plástico, na matriz constituinte destes painéis representa alternativa de reaproveitamento destes descartes e economia de madeira no processo produtivo destes compósitos, além de proporcionar melhoria nas propriedades físicas dos mesmos. O objetivo deste trabalho foi confirmar a viabilidade técnica da produção de painéis OSB de madeira de Pinus sp. com adição de proporções de 20 e 30% de partículas de polipropileno biorientado em sua matriz constituinte e resina poliuretana à base de óleo de mamona. A avaliação de desempenho foi feita por intermédio das propriedades físicas e mecânicas dos painéis, determinadas atendendo as recomendações da EN 300 (1999). Os painéis foram classificados como OSB 4, de acordo com as propriedades físicas avaliadas, e OSB 1, considerando os módulos de elasticidade e ruptura obtidos em ensaios de flexão estática. A adesão interna, para os painéis produzidos com os parâmetros de processo adotados, não alcançou os valores exigidos pela citada norma. De todas as propriedades avaliadas, apenas inchamento em espessura e absorção de água foram influenciadas pela porcentagem de BOPP. Assim, considera-se comprovada a viabilidade técnica da produção dos painéis OSB deste trabalho, para aplicação na construção civil.

Este trabalho aborda a introdução da segurança baseada em métodos probabilísticos, aplicados nos cálculos em estados limites, apresentando informações com o objetivo de esclarecer o meio técnico em geral a respeito dos fundamentos teóricos e das vantagens que tal método apresenta frente ao tradicional método das tensões admissíveis. Apresenta-se ainda alguns exemplos de cálculo, mostrando a determinação do índice de confiabilidade e dos coeficientes adotados no método dos estados limites, os quais são calibrados em relação aos tradicionais coeficientes de segurança do método das tensões admissíveis.

O uso de concreto de alto desempenho constitui tendência irreversível, devido às vantagens que apresenta em relação aos concretos de resistência usual, principalmente na execução de pilares de edifícios, pois as áreas das seções transversais podem ser reduzidas. Este trabalho trata da obtenção e do estudo teórico e experimental de pilares de concreto de alto desempenho, analisando o comportamento de modelos, solicitados à compressão centrada e flexão normal composta. Foram analisados pilares de seções transversais quadradas de 20cm x 20cm e retangulares de 15cm x 30cm e 12cm x 30cm, dimensões que representam pilares usuais em estruturas de edifícios. Na compressão centrada ficou caracterizado que o estado limite último foi atingido por ruptura da seção mais solicitada e comprovado que a ruptura ocorreu quando o núcleo, definido pelo perímetro considerado pelos eixos dos estribos, se rompeu. Nos ensaios de flexão normal composta os resultados mostraram que as hipóteses de distribuição de tensões, utilizadas para os concretos de resistências usuais, não devem ser consideradas para concreto de alta resistência. As forças normais experimentais e as teóricas, calculadas por um modelo proposto pelo Autor, ficaram iguais enquanto que, para os momentos fletores, os valores experimentais ficaram muito acima dos teóricos.

O objetivo principal deste trabalho é sistematizar e automatizar o cálculo de lajes maciças e retangulares de edifícios, utilizando-se a Teoria das Charneiras Plásticas. Apresentam-se as formulações necessárias para a sua automatização. Aborda-se também a questão relativa às deformações nas lajes maciças em concreto necessidade de consideração das dependentes do tempo. Por fim, faz-se um estudo comparativo com o método elástico para dimensionamento de lajes maciças em concreto e com o sistema de lajes treliçadas, através de aplicações em dois pavimentos de lajes, analisando-se os aspectos técnicos e financeiros (custos) dos resultados.

Este trabalho tem como objetivo auxiliar no desenvolvimento do projeto de um muro de arrimo em concreto armado. Será constituído de quatro fases distintas. Na primeira fase, serão detalhados os tipos de muros de arrimo, bem como suas indicações de uso. Numa segunda fase, serão levantadas as ações atuantes no muro. O estudo do empuxo sera feito a partir da teoria de Coulomb e Rankine. Na fase seguinte serão fixadas as dimensões do muro a partir de um pré-dimensionamento, seguido da verificação da estabilidade do conjunto, onde é analisada a segurança ao deslizamento e tombamento. A partir daí, são calculados os esforços solicitantes no muro e na sapata, seguido do dimensionamento das armaduras de ambos. Finalmente, na última fase, será feita a resolução detalhada de dois tipos de muro de arrimo.

Neste trabalho, são estudados o comportamento da estrutura do concreto, suas características reológicas e os processos que envolvem a construção de edifícios usuais. Procurou-se através de uma análise estrutural e ensaios de fluência, analisar e discutir os processos construtivos e a sua interferência nos esforços finais das estruturas; quer-se com isso, analisar os aspectos relacionados a cargas atuantes na estrutura em uma idade precoce de resistência e uma possível queda da sua resistência ao longo do tempo devido à aceleração dos processos construtivos.

No presente trabalho desenvolve-se uma família de algoritmos de passo simples, com ordem de precisão local qualquer e aniquilamento assintótico para a análise dinâmica de estruturas. São utilizadas expressões hermitianas para as relações em diferenças envolvidas na representação das equações que descrevem o problema. Explicitam-se os membros da família, com precisão desde a primeira até a oitava ordem, que apresentam estabilidade incondicional, efetuando-se sua análise espectral bem como resolvendo-se um problema unidimensional e comparando-se com outros métodos, permitindo concluir-se pelo seu grande potencial de aplicação.

As treliças espaciais vêm sendo freqüentemente utilizadas, de forma bastante diversificada, mas seu principal uso é como cobertura de grande vãos. Recentemente, vários acidentes com este tipo de estrutura têm acontecido, principalmente devido a uma série de considerações adotadas para dimensionamento, as quais não condizem com a realidade. Neste contexto, foi feito um estudo do comportamento seguido por estas estruturas. Este trabalho apresenta uma análise teórica, via método dos elementos finitos, de modelos de treliça espacial de seção tubular circular. Tem como objetivo verificar o comportamento de cada sistema de ligação, modelado tridimensionalmente com elementos de casca, associado à treliça espacial, modelada em elementos lineares. Foram estudadas as tipologias usuais de ligação deste tipo de estrutura abordando os problemas causados pelas peculiaridades de cada sistema.

O estudo do comportamento de estruturas em situação de incêndio tem se tornado cada vez mais importante devido às graves consequências de incêndios que têm ocorrido no Brasil e em outros países. Por esse motivo, este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento residual do concreto com pérolas de EPS sob altas temperaturas, pois se pretende utilizar esse concreto em painéis e em lajes pré-moldadas para a construção de edifícios de pequeno e de médio porte, por ele ser um concreto muito leve, com massa específica em torno de 1170 kg/m3, um pouco menos da metade da relativa ao concreto convencional. Para este estudo, foram utilizados corpos de prova cilíndricos e prismáticos, seguindo recomendações nacionais e internacionais. As análises foram realizadas para 200ºC, 400ºC e 600ºC, e foram avaliadas: massa específica, resistência à compressão, módulo de elasticidade estático, módulo de elasticidade dinâmico, resistência à tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão e fator de tenacidade. Para esses dois últimos, foram utilizadas fibras de aço nas seguintes taxas: 0,3%, 0,6% e 0,9%. Os resultados foram comparados com os de concreto com EPS em temperatura ambiente e com os de concreto convencional, que já tem alguns resultados disponíveis na literatura técnica. Também foi realizada uma análise térmica numérica, utilizando o software ABAQUS 14, para calibrar duas propriedades: calor específico e condutividade térmica. Para isso, foram utilizados resultados obtidos na análise experimental. Os resultados numéricos e experimentais foram coerentes com os esperados. Os experimentais apresentaram redução de valor à medida que a temperatura aumentava, e comportamento pior em comparação ao concreto convencional. A adição de fibras aumentou a resistência à tração na flexão e também a tenacidade, tanto em temperatura ambiente quanto em temperaturas elevadas.

O objetivo deste trabalho é fornecer uma contribuição à análise estrutural de pavimentos de edifícios de concreto armado. Com esse fim, foram implementados os modelos de DEBERNARDI e de GHALI & FAVRE, próprios para barras de concreto armado. Os resultados são obtidos para o instante de aplicação de um carregamento e para um instante qualquer de tempo, considerando-se a fluência. Apresenta-se, no decorrer do trabalho, o equacionamento dos modelos e das variáveis envolvidas no processo. São mostrados exemplos práticos de aplicação dos algoritmos desenvolvidos e discute-se, nos capítulos finais, a redistribuição de momentos que ocorre em estruturas reticulares de concreto armado.