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Apresentam-se neste trabalho formulações do método dos elementos de contorno (MEC), visando sua utilização em problemas de fratura e também de modelos de confiabilidade e otimização aplicados na análise de problemas de fadiga. Com relação aos progressos e avanços nas formulações do MEC, apresentam-se modelos que representam o processo de crescimento de fissuras em domínios planos constituídos por materiais frágeis, quase-frágeis e dúcteis. Considerando esses diferentes tipos de materiais, a formulação numérica adotada na análise descreve o comportamento estrutural não linear decorrente do processo de propagação das fissuras e conseqüente degradação estrutural. Nos modelos de fratura é empregada a formulação MEC dual, a qual é mais adequada para a análise da propagação aleatória de fissuras. São também apresentadas as expressões dos operadores tangente para as formulações não lineares que tratam os problemas de fratura elástico linear e coesiva, problemas de contato e os problemas de domínios enrijecidos. Com relação às análises de confiabilidade estrutural, o modelo mecânico de fadiga é acoplado a algoritmos de confiabilidade para a determinação do índice de confiabilidade e do conjunto de valores aleatórios com maior probabilidade de ocorrência. São testados alguns algoritmos de confiabilidade, podendo-se claramente definir um deles como mais eficiente para a análise de problemas de fadiga. A esse modelo é acoplado um algoritmo de otimização para a determinação das dimensões do elemento estrutural e dos intervalos para os procedimentos de manutenção e inspeção, que levam ao mínimo custo estrutural com base nas incertezas determinadas pelo modelo de confiabilidade. São apresentados vários exemplos validando e mostrando a eficiência das formulações desenvolvidas.

Este trabalho tem o objetivo de analisar teórica e experimentalmente o comportamento de consolos de concreto armado. Para tal, foi realizada uma revisão bibliográfica, buscando os artigos mais recentes e as principais normas que tratam deste assunto. Foram analisados mais de trezentos consolos encontrados na literatura. Nesta análise, as forças de ruína experimentais foram comparadas com a forças de ruínas calculadas segundo as normas: ACI-318M-89, CAN3-A23.3-M-84 e NBR-9062/85. Para complementar este estudo, foram ensaiados oito consolos de concreto de alta resistência, os quais apresentavam: as mesmas dimensões, a mesma armadura principal e diferentes taxas de armadura de costura. A resistência do concreto variou de 50 MPa a 80 MPa. Estes consolos tiveram suas forças de ruína comparadas com as previstas pelas normas já citadas. Além disto, foram analisadas: as deformações na armadura, medidas a cada nível de carregamento, e o ângulo de inclinação das tensões principais, medidos no centro geométrico da provável biela comprimida. De acordo com as análises realizadas, pode-se observar que o uso de concreto de alto desempenho na confecção de consolos é bastante eficaz. Entretanto, é necessário o uso de taxas adequadas de armadura, que são basicamente as mesmas indicadas para consolos de concreto de resistência convencional. O dimensionamento de consolos segundo as normas citadas foi bastante satisfatório. Entretanto, no cálculo da força de ruína das peças ensaiadas por outros pesquisadores, os resultados não foram tão satisfatórios, pois estes consolos analisados nem sempre apresentavam o detalhamento conforme recomendam estas normas.

Este trabalho trata da influência da rigidez das ligações na deslocabilidade lateral e na distribuição de esforços de pórticos planos de aço sob condições de serviço. Estuda-se em particular a influência das ligações com chapa de topo, e propõe-se um modelo para descrição do comportamento momento-rotação dessas ligações. Este trabalho também apresenta um revisão dos diversos modelos existentes para previsão do comportamento momento-rotação de ligações viga-coluna, e discute as diversas formas de influência dessas ligações no comportamento global da estrutura e de seus elementos individuais.

Este trabalho apresenta um estudo sobre as estruturas metálicas espaciais abordando os seguintes aspectos: histórico e desenvolvimento, tipos, vantagens do sistema tridimensional e comportamento estrutural. Atenção especial é dispensada às tipologias de treliças espaciais mais comuns no Brasil, formadas por tubos circulares com variações de inércia nas extremidades. A influência da variação de inércia nas extremidades das barras no comportamento destes elementos isoladamente (resistência à compressão) e comportamento global da estrutura, foi estudada via elementos finitos. Descrevem-se vários sistemas de ligações patenteados utilizados em outros países e os comumente usados no Brasil. Apresentam-se resultados experimentais e teóricos de uma treliça espacial com dimensões em planta de 7,5 x 7,5 m. Na análise teórica foram considerados a variação de inércia nas barras e os efeitos da não linearidade geométrica. Analisou-se também, com as mesmas considerações anteriores, modelos de treliças espaciais de dimensões maiores que o modelo ensaiado.

Processos aleatórios de corrosão e fadiga reduzem lentamente a resistência de estruturas e componentes estruturais, provocando um aumento gradual nas probabilidades de falha. A gestão do risco de falha de componentes sujeitos a corrosão e/ou fadiga é feita através de políticas de inspeção, manutenção e substituição, atividades que implicam em custos, mas visam manter a confiabilidade em níveis aceitáveis, enquanto o componente permanecer em operação. Aparentemente, os objetivos economia e segurança competem entre si, no entanto, a redução de recursos para inspeção e manutenção pode levar a maiores e crescentes probabilidades de falha, implicando em maiores custos esperados de falha, ou seja, maior risco. A otimização de risco estrutural é uma formulação que permite equacionar este problema, através do chamado custo esperado total. Nesta Tese, a otimização de risco é utilizada no intuito de encontrar políticas ótimas de inspeção e manutenção, isto é, quantidades de recursos a serem alocadas nestas atividades que levem ao menor custo esperado total possível. Os processos de corrosão e fadiga são representados através de modelos em polinômios de caos, construídos de maneira inédita, com base em dados experimentais ou observados da literatura. Com base nestes modelos, os problemas de otimização de risco envolvendo processos de fadiga e corrosão são resolvidos para diferentes configurações de custos de falha e de inspeções. Verifica-se que as políticas ótimas de inspeção, manutenção e substituição podem ser bastante diferentes para configurações de custo distintas, e que a determinação destas políticas é bastante desafiadora, devido, dentre outros fatores, à grande quantidade de mínimos locais do problema de otimização em questão, causadas por descontinuidades e oscilações da função custo esperado total.

Este trabalho apresenta dois tipos de ensaios não destrutivos para a correlação do módulo dinâmico com a resistência à compressão para elementos de concreto. Os métodos de ensaio são a ultrassonografia e o método de excitação por impulso utilizando o equipamento Sonelastic®. Neste trabalho estão descritos seus funcionamentos, aplicações e limitações. A ultrassonografia, através da propagação de ondas sonoras, fornece, indiretamente, o módulo de elasticidade dinâmico. Com o método de excitação por impulso obtêm-se as frequências naturais e os modos de vibração do elemento estudado, o que permite determinar seu módulo dinâmico. Primeiramente, estes ensaios foram utilizados em corpos-de-prova cilíndricos e lajes alveolares produzidas em laboratório para a obtenção das curvas de correlação e, em seguida, estes mesmos ensaios foram realizados na fábrica de concreto pré-moldado. Para elementos de geometria complexa, como é o caso das lajes alveolares, apresenta-se uma metodologia para a obtenção de uma equação analítica para o cálculo do módulo dinâmico no ensaio de excitação por impulso. Estes métodos tiveram o objetivo final de avaliar a resistência à compressão do concreto na pista de protensão da fábrica, e então determinar o melhor momento para a desforma e corte do cabo de protensão. Com ambos os métodos, obteve-se ótimas correlações do módulo dinâmico com a resistência à compressão dos elementos em laboratório. Na fábrica de concreto pré-moldado não foi possível obter uma curva de correlação representativa de toda a laje na pista de protensão, porém foi possível registrar um bom indicativo de que é possível obter boas correlações para futuras pesquisas no assunto

Uma grande variedade de modelos é utilizada para estimar a pressão de ruptura de dutos contendo defeitos de corrosão. O presente trabalho tem como objetivo estudar a precisão dos modelos mais comuns e avaliar a pressão de ruptura de dutos submetidos à corrosão. Os modelos avaliados são: ASME B31G, ASME B31G modificado, DNV RP F101 e PCORRC. O estudo é baseado em mais de 400 resultados de ensaios de ruptura em dutos corroídos, todos coletados da literatura. A base de dados contem defeitos de corrosão reais e artificiais. Uma análise estatística foi realizada para a variável erro de modelo. Uma análise de regressão não-linear foi realizada para investigar os efeitos da variável erro de modelo, das variáveis mais relevantes, como profundidade e comprimento do defeito, e tensão de ruptura do aço. Uma análise de confiabilidade foi realizada a partir das estatísticas obtidas da variável erro de modelo, sendo estimado o índice de confiabilidade e a probabilidade de falha do duto com defeitos de corrosão, através do método iterativo de primeira ordem, denominado FORM (First Order Reliability Method). Nesta análise avaliou-se a evolução da probabilidade de falha com o aumento da profundidade do defeito, bem como foram identificadas as variáveis aleatórias mais importantes na falha do duto. O estudo pode ajudar aos operadores a eleger qual modelo utilizar em análises de risco, proporcionando mais segurança às operações dutoviárias.

No trabalho estudam-se alguns aspectos relativos à formulação teórica e à simulação numérica de modelos constitutivos para o concreto fundamentados na Mecânica do Dano Contínuo, incluindo-se os chamados métodos simplificados de análise estrutural. Inicialmente apresenta-se uma discussão sobre deformações permanentes e anisotropia induzidas pela evolução do dano. A resposta unilateral do concreto submetido a solicitações com inversão de sinal, também é comentada. Cada um dos fenômenos é ilustrado por respostas observadas experimentalmente. O modelo de dano proposto por Mazars para o concreto submetido a carregamento proporcionalmente crescente é então analisado. Em seguida, apresenta-se uma extensão do modelo considerando-se o aspecto unilateral no comportamento do concreto. Na sequência, analisa-se o modelo constitutivo proposto por La Borderie em seus aspectos de formulação e resposta numérica. O modelo é mais completo permitindo levar em conta todos os fenômenos discutidos anteriormente. Um outro aspecto considerado no trabalho é relativo à aplicação dos modelos estudados à análise de estruturas aporticadas. Em termos de discretização destacam-se a técnica de divisão dos elementos estruturais em estratos e os chamados modelos simplificados. Neste último caso, o modelo de Flórez-López é analisado e a simplificação consiste na definição prévia, sobre a estrutura discretizada através de elementos de viga e de coluna, de zonas de localização da plastificação e do dano; no limite com a evolução do processo de carregamento, aquelas zonas passam a se constituir em rótulas. Por último uma generalização do modelo anterior proposta por Álvares é estudada. Os resultados numéricos fornecidos pelos modelos são confrontados com os experimentais de vigas em concreto armado (biapoiadas e com diferentes taxas de armadura) e de um pórtico em concreto armado.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova formulação direta do Método dos Elementos de Contorno (M.E.C.) para análise de placas, utilizando a teoria de Kirchhoff, admitindo três parâmetros nodais de deslocamentos para sua representação integral: deslocamento transversal e suas derivadas nas direções normal e tangencial ao contorno. Dois valores nodais são usados para os esforços, momento fletor normal mn e força cortante equivalente Vn. Desta forma são escritas três equações integrais de contorno por nó, obtidas a partir da discretização da placa, segundo a forma usual do método. A vantagem mais perceptível desta formulação é a possibilidade de se fazer a ligação da placa analisada pelo M.E.C. com elementos lineares, representados por três valores nodais de deslocamentos que passam a ser compatibilizados diretamente, para a análise de edifícios. São apresentados exemplos numéricos da formulação e das ligações para comprovação da formulação.

O presente trabalho trata da formulação de modelos constitutivos viscoelásticos e elasto-viscoplásticos nos apectos relativos à verificação da consistência termodinâmica, pela aplicação do Método do Estado Local, e de verificação da resposta numérica decorrente da utilização de um procedimento implícito de integração. No contexto da verificação da consistência termodinâmica, são revistos alguns arranjos unidimensionais de elementos reológicos básicos, analisando-se, com maior destaque, um arranjo misto denominado modelo elasto-viscoplástico completo. Nas análises numéricas em campo unidimensional e multiaxial, realiza-se um confronto entre as respostas obtidas com procedimentos de integração Explícito e Implícito, bem como um estudo para a definição do passo de tempo, de modo a garantir precisão nas respostas.

A tarefa mais importante do projetista de estruturas é garantir a segurança em seus projetos. Obras cujas vidas úteis são medidas em décadas devem ser mantidas funcionais, garantindo níveis aceitáveis de segurança e conforto a seus usuários. Deve-se ainda levar em conta os impactos da estrutura, de maneira que o consumo de materiais, o preço, e mesmo os danos ambientais relacionados a ela não inviabilizem sua execução. A otimização estrutural permite a concepção de estruturas que atendem a requisitos desejáveis, e aliada à confiabilidade estrutural, fornece o corpo de conhecimentos necessário para a obtenção de estruturas seguras e viáveis. Apesar disso, a formulação de problemas de otimização estrutural envolvendo quantificação de incertezas envolve grande complexidade, e não foi ainda plenamente absorvida pela prática da engenharia. Nesta tese, diferentes abordagens de otimização considerando incertezas são exploradas e três métodos para a solução de problemas deste tipo são propostos. É apresentada também uma aplicação de otimização baseada em confiabilidade na calibração de coeficientes parciais de segurança. Além disso, aplicações de otimização de risco são estudadas, incluindo problemas que envolvem estruturas que sofrem degradação, e um problema envolvendo confiabilidade de sistema, cuja falha depende da trajetória dos carregamentos no tempo. A tese inclui ainda uma breve revisão e um estudo sobre técnicas de metamodelagem, que são aplicadas nos métodos propostos para a redução dos custos computacionais envolvidos na solução dos problemas de otimização. Os métodos propostos, bem como as aplicações exploradas, são estudados em vários exemplos, demonstrando-se assim a eficiência de cada um deles.

O processo de calibração de parâmetros é uma importante tarefa que pode consumir bastante tempo no desenvolvimento de projetos e pesquisas. A calibração manual é um processo lento, exige experiência e, muitas vezes, não alcança a precisão desejada. Neste sentido, o presente trabalho propõe uma metodologia de calibração automática, baseada em parâmetros modais, com o intuito de tornar o processo de calibração mais eficaz e preciso. Nesta metodologia, o modelo numérico é desenvolvido em elementos finitos e os parâmetros modais experimentais são identificados por meio de ensaios dinâmicos. Com base nesses parâmetros, o modelo inicial em elementos finitos é atualizado automaticamente por meio de algoritmos de otimização até a convergência. O modelo numérico foi elaborado no software Abaqus e os algoritmos de otimização foram implementados em linguagem Python. A metodologia desenvolvida foi aplicada inicialmente na detecção de dano, sendo dano definido como uma degradação estrutural que resulta em perda parcial de rigidez de um ou vários elementos estruturais. Foram estudados exemplos numéricos e experimentais. Após a calibração da malha, das dimensões da seção transversal, das propriedades mecânicas e das rigidezes das molas, os danos foram corretamente detectados. Outra aplicação foi na investigação da anisotropia do concreto, os parâmetros modais foram obtidos por ensaio de ressonância acústica de amostras de concreto com diferentes traços (pobre, médio e rico) e direções de concretagem (horizontal e vertical). Os resultados mostraram uma clara tendência de comportamento, as amostras concretadas na horizontal foram melhor representadas por material ortotrópico e as concretadas na vertical por material isotrópico transversal no plano de concretagem. A metodologia desenvolvida obteve bons resultados nas aplicações estudadas, indicando seu potencial na calibração de estruturas reais por meio de respostas dinâmicas experimentais.

Hoje em dia, é amplamente reconhecido que o projeto de estruturas otimizadas deve ser robusto em relação a incertezas nas forças, geometria e propriedades do material. Entretanto, existem diversas alternativas para considerar tais incertezas em problemas de otimização estrutural. Esta tese apresenta quatro formulações para lidar com incertezas no problema de otimização topológica com restrição de tensão. As três primeiras são desenvolvidas para lidar com incertezas na intensidade e direção das forças aplicadas: 1) formulação robusta probabilística, onde substituem-se as restrições de tensão originais por uma soma ponderada entre os seus valores esperados e desvios padrão, obtidos por meio do método de perturbação de primeira ordem; 2) formulação baseada em confiabilidade, onde consideram-se restrições de tensão probabilísticas; o problema é formulado por meio de uma abordagem acoplada de primeira ordem; 3) formulação robusta não probabilística, onde considera-se o pior cenário possível para as restrições de tensão; o problema é formulado com uma abordagem acoplada de otimização com anti-otimização. A quarta formulação não segue o padrão das três primeiras; diferente das demais, esta é desenvolvida para lidar com incerteza uniforme de manufatura: 4) formulação robusta de três campos, onde três topologias são consideradas de forma simultânea durante o processo de otimização, de forma a simular possíveis imperfeições que possam ocorrer devido a erros de manufatura. As quatro abordagens são bastante diferentes na forma de lidar com as incertezas; no entanto, o procedimento de solução é o mesmo: a abordagem baseada em densidade é empregada na parametrização material, enquanto que o método do Lagrangiano aumentado é empregado para solucionar o problema resultante, de forma a lidar com o elevado número de restrições de tensão. Diversos exemplos são solucionados para mostrar a aplicabilidade das formulações propostas. Os exemplos são posteriormente verificados através da Simulação de Monte Carlo e comparados com os resultados determinísticos. Os resultados mostram que as estruturas obtidas com a abordagem tradicional determinística são extremamente sensíveis a incertezas. As formulações desenvolvidas nesta tese, por outro lado, mostraram-se alternativas válidas a formulação determinística, fornecendo resultados robustos e confiáveis na presença de incertezas.

Em um incêndio, pilares de aço inseridos em paredes apresentam uma resposta termoestrutural diferente daqueles isolados, de modo que a compartimentação oferece um aumento de sua resistência ao fogo. Poucos estudos foram desenvolvidos até o presente momento para avaliar o desempenho de pilares em contato com paredes, sendo que aqueles já realizados apresentaram respostas que ainda deixam dúvidas sobre esses elementos. Diante disso, este trabalho propõe analisar, em contexto numérico, o comportamento de pilares de aço isolados e inseridos em paredes sujeitos à ação térmica, a partir do uso do código computacional ABAQUS versão 6.14. A modelagem termoestrutural, considerando a parede somente como elemento de compartimentação, promoveu resultados pouco consistentes, o que leva a concluir que a alvenaria influencia na resposta estrutural de pilares em situação de incêndio. Por essa razão, ao inserir molas que controlam o deslocamento axial das paredes na modelagem numérica, os resultados alcançados passaram a ser mais representativos. Análises complementares a respeito da influência do fator de carga e do nível de rigidez axial e rotacional na resistência ao fogo dos pilares também foram realizadas. Para todos os modelos, constatou-se a influência negativa do fator de carga quando aumentado. Quanto à restrição axial, foi verificado que sua presença possui maior influência na resistência ao fogo em comparação com sua intensidade, uma vez que a elevação desse parâmetro não afetou o tempo crítico dos pilares, para a maior parte dos casos analisados. Em relação à rigidez rotacional, ela se mostrou favorável para a resistência ao fogo. Além do mais, a pesquisa contou com uma avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 para cálculo da evolução da temperatura em perfis de aço. Concluiu-se que ele apresenta melhores resultados para os pilares com aquecimento uniforme na seção transversal. Por essa razão, foi proposta uma nova metodologia de cálculo de temperatura para pilares em contato com paredes, validada por meio de testes numéricos.

Apesar da versatilidade da madeira, seu emprego fica, às vezes, dificultado por não serem totalmente conhecidas as suas propriedades e seu desempenho em diferentes condições de serviço. Neste trabalho, procura-se contribuir para um melhor aproveitamento das espécies tropicais alternativas, em especial no emprego para produção de elementos estruturais de madeira laminada colada, uma vez que o Brasil possui grande potencial dessas espécies, mas ainda sub-utilizadas. Neste contexto, realiza-se a determinação das propriedades físicas, de resistência e de rigidez de algumas espécies e determinam-se também as rigidezes de elementos estruturais obtidos da espécie cujos corpos-de-prova apresentam os melhores resultados. Ensaiam-se vigas montadas com dois tipos de adesivos, duas intensidades de pressão e duas distribuições de lâminas. Adota-se a metodologia experimental recomendada no ANEXO B da NBR 7190:1997 - Projeto de Estruturas de Madeira, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Analisam-se os resultados obtidos a partir de conceitos estatísticos. A espécie Cedrinho (Erisma sp) apresentou as melhores respostas, das quais pode-se concluir que os adesivos Cascophen e à base de mamona não influenciaram as propriedades de rigidez das vigas, o mesmo acontecendo para as duas intensidades de pressão, 0,8 MPa e 1,2 MPa. As propriedades de rigidez das vigas de MLC podem ser influenciadas pela distribuição das lâminas ao longo da altura da seção transversal

O estudo da resistência à compressão e da deformabilidade de paredes de alvenaria de blocos de concreto é de fundamental importância para a caracterização desse material e o desenvolvimento de análises de estruturas compostas por esse tipo de painel. Este trabalho trata desse tema, objetivando prever com maior acuidade os principais parâmetros de deformação e de resistência de paredes de alvenaria de blocos de concreto, a saber: resistência à compressão e módulo de elasticidade longitudinal nas direções paralela e perpendicular à junta de assentamento. Foi desenvolvido um trabalho experimental para estimar a influência da resistência dos blocos, da resistência da argamassa e da direção de aplicação de forças no comportamento mecânico da alvenaria de blocos de concreto não-grauteada, quando submetida a esforços de compressão. Para tanto, realizaram-se ensaios de laboratório em blocos, argamassas, prismas de três blocos e paredinhas com dimensões de 80 cm x 80 cm. Por inferência estatística não foram obtidas correlações aceitáveis entre as variáveis estudadas. Porém, obtiveram-se tendências de comportamento dos corpos de prova estudados, confirmando a influência das características da argamassa e do bloco no comportamento estrutural da alvenaria quando submetida a esforços de compressão

O presente trabalho aborda a utilização da protensão não aderente em edifícios residenciais e comerciais de concreto, focando os aspectos referentes às soluções com protensão aderente e não aderente e em concreto armado, para o consumo de materiais, notadamente: concreto, fôrmas e armaduras. São considerados três diferentes sistemas estruturais, sendo estes: laje plana maciça apoiada sobre pilares; laje plana nervurada apoiada sobre pilares e laje nervurada apoiada em vigas faixa protendidas sobre pilares. São apresentados estudos destes casos com a utilização da ferramenta computacional de análise estrutural TQS, a qual é baseada na análise por grelha. São comparados os índices de consumo de materiais para os dois referidos sistemas de protensão, discutindo os limites de sua utilização. Como resultados, o estudo fornece conclusões satisfatórias para utilização da protensão, tanto aderente quanto não aderente, em relação ao concreto armado. Ainda, o sistema de protensão aderente mostrou-se ligeiramente mais econômico, do ponto de vista de consumo de materiais, porém, é um sistema com produtividade inferior às soluções com protensão não aderente, tornando esta última solução, a mais adotada no cotidiano dos escritórios de cálculo de engenharia civil dentre as citadas

Este trabalho estuda o comportamento de blocos rígidos sobre três estacas, submetidos à ação de força centrada, conservando a armadura principal, porém, variando as armaduras secundárias e adotando-se estacas de diâmetros de 20 cm e 30 cm. A armadura principal foi constituída por barras unindo as estacas. As armaduras secundárias foram constituídas por barras passando pelas estacas e projeção do pilar, distribuídas em forma de malha e por estribos verticais e horizontais. O objetivo principal foi o estudo do desenvolvimento das fissuras e o modo de ruína, através de ensaios experimentais em escala real. A instrumentação foi realizada de modo a se obter deformações nas barras das armaduras principais e secundárias, nas bielas de compressão, nas zonas nodais inferior e superior e nas faces laterais do bloco, em função da força aplicada no pilar e das reações das estacas. Além do estudo experimental, foi desenvolvida análise numérica tridimensional e não linear, pelo método dos elementos finitos, considerando os mesmos elementos estruturais, embora sem considerar as armaduras. Esta análise se concentrou no progresso das tensões normais principais, das deformações totais e plásticas principais e dos deslocamentos relativos às forças característica e de cálculo, previamente estimadas por métodos usuais de dimensionamento. Nenhum modelo experimental atingiu a ruína com força menor que a força teórica. Os modelos romperam por fendilhamento das bielas comprimidas de concreto acompanhado pelo escoamento das barras da armadura em uma direção. Os blocos com estacas de diâmetro de 20 cm apresentaram maiores deformações de tração transversais às bielas de compressão

Neste trabalho é desenvolvido um código computacional capaz de simular a propagação de fissuras em meios contínuos reforçados com partículas, com ênfase ao concreto, usando a técnica de análise multiescala concorrente representando a macroescala e a mesoescala. A análise estrutural utiliza o Método dos Elementos Finitos Posicional, cuja formulação considera as posições nodais como incógnitas e a não-linearidade geométrica de forma natural. A propagação de fissuras ocorre de forma discreta na mesoescala através de elementos de interface criados entre elementos finitos de cada fase do concreto, nos quais é aplicado um modelo de dano para representar a degradação. A principal contribuição do trabalho é a proposição e validação de dois modelos de representação do concreto em mesoescala formados pela sobreposição de malhas independentes para a argamassa e para o agregado graúdo buscando deixar o pré-processamento mais simples. Nesses modelos foi explorada uma formulação que permite representar reforços de sólidos com elementos finitos sem necessidade de coincidência de nós e sem acrescentar graus de liberdade ao problema. No primeiro modelo aplica-se a formulação descrita aos elementos das partículas e assim funcionam como reforços com aderência perfeita à matriz e sem que seus nós causem acréscimo de graus de liberdade ao problema. No segundo modelo busca-se considerar a perda de aderência das partículas com a matriz e os referidos elementos sem graus de liberdade adicionais passam a desempenhar a função de elementos de acoplamento entre as malhas desses componentes e representam a zona de transição interfacial. Os elementos sem acréscimo de graus de liberdade também são aproveitados para acoplar malhas não conformes entre as escalas e para representar o aço do concreto armado. No último caso se considera ainda um modelo constitutivo elastoplástico. Por fim, as implementações são validadas e analisam-se suas vantagens e desvantagens, concluindo-se que os modelos de representação da mesoescala propostos permitem a obtenção de respostas estruturais adequadas para concreto simples e armado. A resposta é válida para casos de predominância do modo I de fratura e os elementos de acoplamento entre escalas garantem a continuidade do campo de deslocamento.

Os nós de pórtico são locais de mudança de direção do eixo da estrutura, logo são regiões descontínuas, ou seja, as hipóteses de Bernoulli de deformações lineares ao longo da seção transversal não são válidas. Sendo assim os métodos convencionais de dimensionamento não se aplicam a esta região. Além disso, são regiões problemáticas também do ponto de vista construtivo, por apresentarem geralmente uma alta taxa de armadura em dimensões reduzidas. Diversas são as variáveis que influenciam o comportamento dos nós de pórtico externos, dentre elas está a força normal aplicada no pilar. Esta variável foi observada por diversos pesquisadores (Parker & Bullman, 1997; Scott et al., 1999; Hwang & Lee, 1999; Bakir & Boduroglu, 2002; Hegger et al., 2003), porém com grandes divergências de opiniões sobre sua influência na ligação. Desta forma, este trabalho visa analisar a influência da força normal no comportamento de nós de pórtico externos de concreto armado. Neste sentido é apresentada uma extensa pesquisa bibliográfica abordando trabalhos experimentais e modelos teóricos propostos para o dimensionamento dos nós (bielas e tirantes). Inserindo-se no contexto é analisada a influência da força normal nos nós de pórtico externos por meio da análise experimental de quatro ligações sujeitas a diferentes níveis de força normal, da comparação com os modelos teóricos apresentados e da simulação numérica do nó de pórtico com o aplicativo ABAQUS, utilizando como ferramenta básica o método dos elementos finitos (MEF)