PROPEC - Mestrado (Dissertações)

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Análise avançada via MRPR de estruturas mistas de aço e concreto.
(2015) Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
O presente trabalho tem como finalidade a implementação e a avaliação de estratégias numéricas para realizar análises estáticas avançadas de estruturas mistas de aço e concreto. Utilizam-se formulações não lineares baseadas no Método dos Elementos Finitos (MEF) acopladas ao Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR). Consideram-se simultaneamente os efeitos de segunda ordem e da plasticidade, em termos nodais, em sistemas estruturais como vigas, pilares e pórticos. A perda gradual da rigidez à flexão, via MRPR, é determinada através da localização da combinação de esforços solicitantes dentro da curva de resistência, que relaciona esforço normal e momento fletor. Fez-se necessária então a definição dos limites de início de plastificação e da capacidade resistente da seção. Para tal, métodos simplificados, utilizando normas de projeto, e uma formulação generalizada, baseada na compatibilidade de deformações, foram introduzidos ao sistema computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis). Utiliza-se o método iterativo de Newton-Raphson acoplado, ou não, a estratégias de continuação para a solução das equações não lineares global e local (a nível da seção transversal). Por fim, apresentam-se análises numéricas avançadas de sistemas estruturais de aço, de concreto e mistos de aço e concreto através da formulação implementada. Os resultados obtidos são comparados com respostas numéricas e experimentais presentes na literatura.
Análise não–linear geométrica de sistemas aporticados planos com elementos de rigidez variável : aplicações em estruturas de aço e de concreto armado.
(2016) Ribeiro, Iara Souza; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Greco, Marcelo
O presente trabalho consiste no estudo do comportamento não–linear geométrico de sistemas estruturais aporticados planos. Busca–se esclarecer aspectos pertinentes aos procedimentos normativos à luz de análises numéricas não–lineares com consideração de grandes deslocamentos, utilizando–se, para tanto, o esquema incremental–iterativo de Newton– Raphson com controle de carga, com atualização da matriz de rigidez a cada iteração e a abordagem corrotacional. Neste contexto, foi desenvolvida uma formulação capaz de modelar elementos com seções transversais de formas geométricas arbitrárias e variando genericamente ao longo do elemento. A validação da base computacional implementada foi feita através da comparação de análises estruturais realizadas pelo software SAP2000 (2013) e, quando pertinente, pelo TQS (2016). As aplicações focam em questões relacionadas ao projeto de estruturas em concreto armado e aço, e na avaliação da estabilidade global da estrutura.
Análise teórico-experimental de placas de base de colunas metálicas tubulares.
(2004) Possato, Gisele da Silva Novo; Sarmanho, Arlene Maria Cunha
Neste trabalho, é apresentado um estudo experimental para analisar a resistência de placas de base de colunas formadas por tubos metálicos circulares. O programa experimental envolve ensaios em colunas curtas com placas de base conectadas através de chumbadores a uma base de concreto com resistência controlada. A excentricidade de carregamento é um parâmetro crítico para a análise sendo observados nos ensaios os modos de colapso obtidos. Foram ensaiados quatro protótipos em laboratório, e o estudo experimental foi desenvolvido de forma a analisar a distribuição de tensões nas placas de base à medida que a coluna recebe carga excêntrica. Foram posicionados extensômetros em toda a placa de base para leitura das deformações, e com os valores das deformações foram obtidas as tensões nas placas. É apresentada uma abordagem teórica de cálculo de placa de base de colunas tubulares, através das expressões analíticas encontradas em normas de cálculo, destacando EUROCODE3 (1992), AISC (1997) e NBR8800 (1986). Foram realizadas análises teóricas nos protótipos ensaiados de forma a comparar os valores encontrados nos ensaios realizados e as expressões analíticas das normas de cálculo de placas de base. A partir dessas comparações concluiu-se que as formulações propostas pela maioria dos autores são muito conservadoras. Dessa forma propõe-se uma alternativa de cálculo onde foram obtidos resultados compatíveis com os resultados experimentais.
Avaliação de soluções estruturais para galpões compostos por perfis de aço formados a frio.
(2009) Nogueira, Gilcimar Saraiva; Paula, Geraldo Donizetti de; Paes, José Luiz Rangel
A tipologia estrutural de um projeto de um galpão de uso geral é comumente definida através da experiência dos projetistas e calculistas de estrutura metálica. O processo de decisão entre os diferentes tipos de sistemas estruturais não é uma matéria amplamente discutida nos projetos de engenharia civil. As competitividades das estruturas de galpões de uso geral exigem respostas rápidas e econômicas frente ao mercado consumidor. O objetivo deste trabalho foi avaliar, comparativamente, o desempenho de alguns sistemas estruturais comumente empregados para galpões de uso geral compostos por vigas de cobertura em perfis formados a frio. Para se avaliar o desempenho de alguns sistemas estruturais, foram considerados pórticos transversais com as seguintes tipologias: pórtico de alma cheia, pórtico com treliça em arco, pórtico com treliça de banzos paralelos, pórtico com treliça trapezoidal e pórtico com treliça triangular, com vãos livres de 16, 20, 24, 28 e 32 metros, distância entre pórticos de 6 7.5 e 9 metros e velocidade básica do vento igual a 30, 35 e 40 m/s. Os galpões foram modelados, analisados e calculados no software mCalc2008. Para avaliar a eficiência do sistema estrutural utilizou-se como parâmetro de avaliação a taxa de consumo de aço e a resposta estrutural dos sistemas. Conclui-se sobre o ponto de vista estrutural, dentre as tipologias e os parâmetros considerados nas análises, que os pórticos treliçados são mais eficientes que os pórticos em alma cheia. Das tipologias em pórticos treliçados, a treliça em arco é o mais eficiente para pequenos vãos, baixa ação do vento e baixo espaçamento entre os pórticos transversais. Para maiores vãos, a treliça trapezoidal e a treliça de banzos paralelos apresentam melhor desempenho.
Avaliação pós-ocupação de edifício institucional estruturado em aço. O caso da sede da Prefeitura Municipal de Mariana, MG.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Rocha, Marcus Vinícius Marques; Souza, Henor Artur de
A política modernizadora implementada por Juscelino Kubistchek possibilitou o posicionamento do Estado de Minas Gerais, a partir da década de 60, como centro de referência da indústria de transformação de minério de ferro. A abundância de matéria prima, a implantação de indústrias como a USIMINAS, a AÇOMINAS e a ALCAN em território do Estado, a facilidade de escoamento da produção e o surto de crescimento ocorrido em função do milagre econômico foram fatores que contribuíram para conformação de tal cenário. Como conseqüência, durante a década de 80, quatro edifícios de caráter institucional estruturados em aço foram implantados na cidade de Mariana, Minas Gerais, causando impacto sobre a paisagem urbana existente: a sede da Prefeitura Municipal, o Ginásio Poliesportivo e o Terminal Rodoviário da cidade, além do Palácio Episcopal. Neste trabalho estuda-se o edifício sede da Prefeitura Municipal de Mariana em que realiza-se uma avaliação pós-ocupação do ambiente construído com ênfase em análise térmica, tendo por norte a hipótese de que as condições ambientais no interior do edifício são insatisfatórias durante o período de verão. Avaliam-se as condições ambientais da edificação em termos termo-acústico-lumínicos, sob a perspectiva de seus usuários, em termos qualitativos, e a partir da realização de medições in loco, em termos quantitativos. As condições físicas atuais da edificação, considerando-se estrutura, fechamento e acabamentos, a percepção do usuário sobre edifícios estruturados em aço existentes no município de Mariana são aspectos abordados nesta pesquisa. Os resultados obtidos a partir da avaliação pós-ocupação permitem constatar que as condições de conforto térmico no interior da edificação durante o período de verão são insatisfatórias, bem como o são as condições de conforto acústico, devido ao alto índice de ruído existente no exterior, necessitando-se realizar intervenções arquitetônicas com vistas ao estabelecimento dos padrões de conforto mínimos, previstos em normas específicas
Condicionantes de projeto para unidades de pequeno e médio porte utilizando sistema construtivo em perfis formados a frio.
(2005) Henriques, Cristiane Lopes; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Henor Artur de
O Brasil apresenta um grande déficit de soluções adequadas a suprir a demanda de edifícios escolares de pequeno e médio porte, apresentando um panorama de escolas extremamente desatualizadas e ineficientes às atividades a que se destinam. Portanto, propõem-se neste trabalho, condicionantes específicas para o desenvolvimento de projetos de unidades escolares de ensino infantil, fundamental e médio destinadas a implantação em pequenas cidades, comunidades rurais e ou conjuntos habitacionais. Como o enfoque da pesquisa aborda questões relacionadas a construções estruturadas em aço, as condicionantes desenvolvidas são pensadas de forma a direcionar tanto a concepção do projeto arquitetônico, que neste caso deve se adequar a um elenco de diretrizes específicas, quanto à especificação de um sistema construtivo viável para o tipo de implantação proposto. Uma das premissas do trabalho é através da aplicação das condicionantes, promover um estreito diálogo entre os universos da engenharia e arquitetura de forma a enriquecer e implementar o processo projetual. Portanto, as mesma destinam-se a orientar o desenvolvimento simultâneo das devidas especificações e detalhamentos a fim de originar um projeto baseado na construtibilidade. Assim, possibilita-se uma racionalização da execução e montagem da obra / estrutura, no intuito de alcançar maior rapidez e qualidade, diminuindo desperdícios e custos. Para comprovar a viabilidade e aplicação das condicionantes propostas, no final do trabalho é desenvolvido um modelo de projeto baseado nas mesmas, tanto na concepção arquitetônica quanto no desenvolvimento do sistema construtivo.
Eficiência dos contraventamentos horizontais em edifícios industriais de aço dotados de pontes rolantes.
(2004) Beleigoli, Edézio Antonio; Paula, Geraldo Donizetti de
Os contraventamentos horizontais, nos planos dos banzos inferior ou superior das treliças ou no plano da cobertura em edifícios industriais são dimensionados de acordo com critérios práticos, considerando-se parcelas das ações verticais, do vento e do impacto lateral das pontes rolantes, admitindo-se que possam distribuir tais ações entre os pórticos adjacentes e produzir a estabilidade da estrutura como um todo, em seus respectivos planos. Neste trabalho, verifica-se a eficiência dos contraventamentos horizontais, analisando uma contribuição quanto à redução dos deslocamentos laterais dos pilares de edifícios industriais de aço dotados de pontes rolantes. A metodologia proposta corresponde à análise estrutural, utilizando-se o software Cypecad Metálicas 3D, de edifícios com vãos de 20m, 25m, 30m e altura de 6m, 8m e 10m; em combinação com espaçamentos entre pilares variáveis de 6m, 8m, 10m e 12m dotados de pontes rolantes com capacidade de 100kN, 160kN, 250kN e 500kN comparando-se os resultados dos deslocamentos com os valores limites recomendados pela norma brasileira.
A influência da temperatura do solo no desempenho térmico de construções que utilizam fundação em radier.
(2017) Fabris, Jessica; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Hipper, Maria Aparecida Steinherz
O Light Steel Framing (LSF) é uma das soluções construtivas que vem ganhando cada vez mais espaço no cenário nacional e sendo bastante utilizada tendo em vista o crescimento populacional e a necessidade de atender a uma demanda crescente por habitações. Por se tratar de um sistema leve, que exige menos da fundação em comparação ao sistema tradicional de construção, e cujas cargas da estrutura são distribuídas uniformemente, é necessário que a fundação seja contínua em toda a sua extensão. Portanto, para este sistema, a fundação do tipo radier é bastante eficiente, além de ser muito empregada em casas térreas e sobrados constituídos por outros sistemas construtivos leves. De modo similar, uma mudança notável no setor da construção civil é relativa à crescente preocupação com o desempenho das edificações como um todo, principalmente, devido às exigências da norma de desempenho NBR 15.575. Dos vários fatores que interferem no desempenho térmico das edificações, a temperatura do solo nem sempre é considerada, porém sabe-se que é um fator que influencia no resultado final das trocas de calor do ambiente, principalmente, em edificações térreas. Desta forma, o objetivo deste trabalho é a avaliação do desempenho térmico de tipologias construtivas em LSF, que utilizam fundação em radier, levando em consideração a influência da temperatura do solo. O método adotado consiste na simulação numérica de uma edificação unifamiliar em Light Steel Framing por meio do software EnergyPlus com a utilização do pré-processador Slab. À partir das simulações foi realizada uma análise das temperaturas internas dos ambientes baseada nas exigências da norma de desempenho e considerando a interação da edificação com solo por meio do pré-processador, onde se verifica que a utilização do Slab proporciona resultados de temperaturas internas diferentes dos obtidos em uma simulações convencional, com variações que chegam a 4,5°C no verão e 2,1°C no inverno.
Influência do contraventamento na estabilidade e resistência de estruturas em aço.
(2021) Azevedo, Iara Santana de; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Batelo, Everton André Pimentel; Neves, Francisco de Assis das
O crescimento populacional em grandes centros urbanos, juntamente com a falta de espaço físico, tem levado à construção de edifícios cada vez mais altos e esbeltos. Estruturas com múltiplos pavimentos trazem grandes desafios à Engenharia Civil exigindo condições especificas de projeto, de construção e de uso. Mais diretamente relacionado à análise estrutural, o aumento do número de pavimentos acarreta em um acréscimo dos efeitos decorrentes das ações horizontais. Nessas estruturas, por estarem susceptíveis a grandes deslocabilidades devido a tais ações, adota-se comumente componentes estruturais de contraventamento, cuja principal função é fornecer estabilidade ao sistema. Além disso, com o uso de materiais mais resistentes e novas técnicas construtivas surge-se a necessidade de aperfeiçoamento das metodologias adotadas na análise estrutural, buscando oferecer aos profissionais da área condições para que realizem projetos mais seguros e econômicos com maior rapidez e eficiência. Nesse sentido, neste trabalho realizam-se análises numéricas de estruturas reticuladas planas em aço com o objetivo de avaliar sua estabilidade e resistência ao inserir sistemas de contraventamento. Durante o estudo, investiga-se a influência de alguns parâmetros dos sistemas de contraventamento tais como: o tipo de ligação com os outros membros da estrutura, as propriedades da seção transversal, a posição e a disposição das barras, além da sua eficácia quanto à variação na intensidade das cargas laterais. Análises estáticas serão realizadas via programa MASTAN2. Formulações não lineares de elementos finitos que consideram duas fontes de não linearidades, geométrica e física, são adotadas. Através dos estudos realizados, observou-se que os sistemas de contraventamento exerceram influência significativa em todas as estruturas analisadas, proporcionando um aumento na rigidez, e consequente, redução da deslocabilidade lateral. Outras conclusões e observações referentes ao comportamento estrutural de cada estrutura investigada e diretamente relacionadas às análises efetuadas serão estabelecidas.
Ligações treliçadas com extremidades achatadas.
(2019) Lauar, Pedro Castanheira; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Nunes, Gabriel Vieira; Amparo, Lucas Roquete
As vantagens oferecidas pelo aço na construção civil, sobretudo pelos perfis tubulares usados em sistemas treliçados, motivam o crescimento de projetos com essa filosofia e pesquisas nessa área. Vencimento de grandes vãos, facilidade no transporte e montagem e organização do canteiro de obras são fatores desejáveis na etapa de execução. Neste trabalho, foram realizados estudos paramétricos numéricos de um nó de ligação em treliça plana tubular circular, em ANSYS Parametric Design Language (APDL), por meio do software ANSYS onde as diagonais possuem as extremidades achatadas e enrijecidas proposta em pesquisas anteriores são unidas à chapa gusset soldada ao banzo por meio de um único parafuso. O objetivo principal da pesquisa foi analisar o comportamento das diagonais comprimidas sob quatro variáveis: diâmetros e espessuras do banzo e das diagonais. Foram analisadas as situações em que o modo de falha ocorre nas diagonais, sendo a capacidade de carga da chapa gusset e do banzo superior à das diagonais. Foram observados dois possíveis modos de falha nos nós das diagonais: início de escoamento no enrijecedor lateral (predominante) e ovalização do furo em alguns casos nas diagonais tracionadas. Foram obtidas através das análises numéricas as cargas de início de escoamento do enrijecedor lateral das diagonais comprimidas e os valores teóricos de carga de flambagem elástica na metade do comprimento da diagonal, por meio dos métodos da fórmula da secante e da combinação de esforços, regulamentado pela NBR 8800:2008. Dessa maneira, foi possível estabelecer limites em que cada modo de falha ocorre. Foi observado que o aumento do diâmetro da diagonal e a diminuição da esbeltez do tubo implica a falha no achatamento enrijecido. Ao final, é sugerida uma metodologia de cálculo considerando a geometria da extremidade achatada enrijecida.
Modelagem do comportamento inelástico de estruturas de aço : membros sob flexão em torno do eixo de menor inércia.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2013) Gonçalves, Gilney Afonso; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da
Esta dissertação tem como objetivo a modelagem do comportamento inelástico de sistemas estruturais em aço usando o método da rótula plástica refinado. Em tal método, os efeitos decorrentes do escoamento do aço são capturados através de um parâmetro que reduz a rigidez do membro estrutural em função do desenvolvimento de regiões plásticas. Estudam-se estruturas com membros submetidos à flexão em torno do eixo de menor inércia, seções transversais do tipo I e compactas. O programa computacional CS-ASA é usado como base para novas implementações e análises. Duas formulações inelásticas de elementos finitos reticulados planos, que consideram também os efeitos de segunda ordem e tensões residuais e estão disponíveis no programa, são adotadas nas análises. Como critério para definir o estado limite último da seção transversal, adotam-se superfícies de plastificação que descrevem a interação entre forças internas — esforço normal e momento fletor. Emprega-se o módulo tangente para considerar a degradação da rigidez em função do acréscimo de forças internas. Atenção especial será dada ao modelo de módulo tangente que melhor representa o caso de flexão em torno do eixo de menor inércia. Para solução da equação não linear que governa o equilíbrio estrutural, usa-se o método iterativo de Newton-Raphson acoplado a estratégias de continuação. Colunas isoladas e pórticos planos são analisados, e os resultados obtidos são comparados aos encontrados por outros pesquisadores através do método da zona plástica. Essa comparação permitirá concluir que as metodologias apresentadas neste trabalho são eficazes e necessárias para a previsão do comportamento das estruturas com membros com flexão em torno do eixo de menor inércia. Outras observações referentes aos estudos realizados serão estabelecidas.
O processo de projeto de arquitetura em aço com foco no conforto ambiental.
(2016) Machado, Plínio Carlos; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Alvarenga, Augusto; Malard, Maria Lúcia
O projeto de arquitetura necessita ter como requisito a eficácia em seu processo de desenvolvimento, consorciando as diversas especialidades projetuais, a qualidade da representação e a busca pelo menor tempo de trabalho, de forma que seja inteligível e viável economicamente; com total respeito à legislação em vigor e aos melhores índices de conforto e segurança para os futuros usuários da edificação. Com base nestas necessidades, neste trabalho estuda-se o processo de projeto de arquitetura tendo como referencial a busca pelo adequado desempenho térmico, acústico, lumínico e antropométrico em edificações estruturadas em aço. Foram realizadas revisões bibliográficas nos temas correlatos, tais como: conforto ambiental, arquitetura em aço e processos de projeto. A pesquisa tem o intuito de compreender qual a importância dada ao conforto humano dentro do processo projetual. Após a fundamentação, com base nos dados descritos, foram esquematizados desenhos de processo projetual que buscam englobar todos os conceitos avaliados na pesquisa, de forma a dar prioridade ao conforto humano enquanto condição essencial para a eficácia do processo de projeto de arquitetura em aço. Sendo assim, os resultados compreendem a indicação e a conexão de requisitos e critérios de desempenho relacionados ao conforto térmico, acústico, lumínico e antropométrico dentro do processo de projeto de arquitetura com ênfase no sistema estrutural em aço.
O uso do aço inox nas estruturas da fuselagem de aeronaves.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Santos, Fábio Rodrigo de Souza; Araújo, Ernani Carlos de
Neste trabalho faz-se um estudo dos parâmetros de projetos, principalmente relativos às ações atuantes em estruturas de aeronaves de pequeno porte cujo sistema estrutural da fuselagem é executado com tubos circulares de aço inoxidável. Material este usado em alguns tipos de aeronaves de pequeno porte por possuir características peculiares de alta resistência à corrosão e alta resistência mecânica. Usa-se o software de Elementos Finitos (EF) ANSYS para a modelagem geométrica e lançamento das ações e consequente determinações dos esforços nos elementos estruturais. A partir das informações dos elementos mais solicitados, avalia-se as resistências das barras mais solicitadas usando-se como referência a Norma Americana (SPECIFICATION FOR THE DESIGN OF COLD-FORMED STAINLESS STEEL STRUCTURAL MEMBER) para tal fim, já que em nosso país ainda carece de norma específica com este objetivo. Desta forma, este trabalho objetiva também fornecer subsídios para viabilizar a publicação de uma futura norma brasileira específica para a área. Conforme avaliação feita nas barras mais solicitadas da estrutura da fuselagem da aeronave FALCÃO AG-21, tanto com relação à tração como para a compressão pela flambagem global e local foram satisfeitas. Verificando-se ainda a possibilidade de diminuição dos diâmetros dos tubos utilizados na estrutura da fuselagem, reduzindo o consumo de combustível e consequentemente minimizando o custo para a produção do mesmo.

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