PROPEC - Mestrado (Dissertações)

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Segurança de colunas rack dimensionadas por adaptações do método da resistência direta.
(2023) Faria, Victor Antônio Moreira de; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de; Mesacasa Junior, Enio Carlos
As colunas rack, amplamente utilizadas em sistemas de armazenagem industrial, possuem perfurações ao longo de seu comprimento, para garantir a versatilidade e a liberdade de montagem características desse sistema estrutural. As perfurações reduzem a capacidade resistente da coluna, e assim as normas que regem os projetos dessas estruturas precisam garantir que colunas utilizadas nessas condições atendam padrões de segurança. Este trabalho teve como objetivo avaliar a segurança presente no dimensionamento via Método da Resistência Direta (MRD) de colunas rack perfuradas. Foram utilizados os métodos de confiabilidade FOSM, FORM e a Simulação de Monte Carlo (SMC). Para se obter o Erro de Modelo (P) foi elaborado um banco de dados experimentais de ensaios de vários autores, para serem comparados a adaptações do MRD para colunas perfuradas. Os índices de confiabilidade (β) foram calculados para as combinações de ações dos métodos LRFD e LSD das normas AISI S100 e ANSI MH16.1 e a combinação presente na NBR 15524-2. Os valores de β obtidos usando sete das metodologias se mostraram abaixo dos alvos de calibração do LRFD (β଴ = 2,5), do LSD (β଴ = 3,0) e da NBR 14762 (β଴ = 2,5). Os valores de β obtidos pelas metodologias baseadas na versão do Método de Redução da Espessura (MRE) da norma ANSI MH16.1 ficaram mais próximos do alvo de 2,5 do LRFD e da norma brasileira. Os resultados obtidos pelo FORM se mostraram próximos dos obtidos por SMC. As variáveis que mais influenciaram nos resultados de β foram a ação variável e o erro de modelo, especialmente quando seus coeficientes de variação são altos. Para as metodologias não baseadas no MRE, há uma necessidade de ajuste do coeficiente de ponderação da resistência φ para valores na ordem de 0,60 para o LRFD e γ por volta de 1,60 para uma adoção do método pela norma brasileira. Para a metodologia adotada na norma ANSI MH16.1, o valor atual de φ = 0,85 é conservador para falha por flambagem distorcional. Os métodos baseados no MRE são melhores na previsão da falha com flambagem local, mas ainda assim imprecisos na previsão desse fenômeno, de forma que somente um valor de φ = 0,81 satisfaz o alvo de calibração do LRFD de acordo com o FORM.
Adensamento e simulação do processo de enchimento do reservatório de uma barragem para contenção de rejeitos de ouro.
(2006) Pereira, Brasileu Agnaldo; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Espósito, Terezinha de Jesus; Queiroz, Paulo Ivo Braga de
Em projetos de disposição de rejeitos de mineração por via úmida, as análises da capacidade de estocagem do reservatório demandam o conhecimento das características de compressibilidade e adensamento dos resíduos lançados, função primária da natureza e da granulometria do material. No caso de rejeitos finos, com elevadas proporções de partículas da fração argila, como ocorrem no caso de rejeitos de ouro, a previsão do comportamento dos resíduos e a formulação de um modelo deposicional consistente não podem ser baseados em ensaios convencionais. No projeto de sistemas de contenção de rejeitos finos (como no caso de minerações de ouro), um aspecto extremamente relevante é a determinação das propriedades tecnológicas dos materiais em termos de compressibilidade e adensamento nos reservatórios, de forma a se quantificar a vida útil de tais empreendimentos. De uma maneira geral, o material é lançado de forma quase aleatória, não sendo estabelecido nenhum controle das variáveis que influenciam o processo de deposição. O conhecimento dos mecanismos de deposição hidráulica resultaria em um maior entendimento do comportamento destes aterros sob o ponto de vista geotécnico e, desta forma, poder-se-ia controlar a qualidade do processo construtivo, mesmo que, durante a construção, as variáveis de descarga e lançamento fossem alteradas O trabalho consiste na avaliação das propriedades constitutivas do adensamento de rejeitos de ouro de uma mineração de ouro (Anglogold Ashanti, antiga Morro Velho), com a utilização do Ensaio de Adensamento Hidráulico (HCT com bomba de fluxo), disponível no Laboratório de Geotecnia da UFOP. Estes dados subsidiarão análises de simulação numérica do processo de enchimento da estrutura de contenção destes rejeitos, mediante a aplicação do programa CONDES0.
Ativação alcalina da lama vermelha, resíduo de vidro e oxalato de sódio.
(2021) Soares, Jaime Carlos da Costa; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
Os cimentos alcalino ativados são obtidos através da ativação alcalina de materiais ricos em aluminossilicatos, como a lama vermelha (LV) e o resíduo de vidro (RV). Pela possibilidade de reutilização de subprodutos industriais para a produção de materiais com propriedades cimentantes, o cimento alcalino ativado pode representar uma alternativa ao cimento Portland. Neste trabalho, foram produzidos cimentos alcalinos utilizando a LV e o RV como fontes de aluminossilicatos. Hidróxido de sódio (NaOH) e oxalato de sódio (OS) foram utilizados como ativadores, com mistura sendo feitas seguindo a metodologia one part. Assim como a LV, OS é um subproduto da indústria de alumínio. Então, foram produzidas misturas de LV e OS com 5%, 12,5% e 20% deste último e também misturas de LV e NaOH com 5% e 12,5% de hidróxido. As misturas foram calcinadas a 700 e 800°C, em um processo denominado fusão alcalina e combinadas com RV. Foi adicionada água as misturas, numa relação sólido/líquido de 0,4 para moldagem dos corpos de prova cúbicos, e posteriormente realização de ensaios de resistência à compressão e absorção de água. Para a avaliação das propriedades microestruturais da matriz foi realizado o ensaio de difração de raios X. As matrizes geopolímericas obtidas com o uso de OS apresentaram propriedades semelhantes, tanto do ponto de vista mecânico quanto do ponto de vista microestrutural, quando se comparadas as matrizes obtidas com o uso de NaOH. Sendo assim, o uso do resíduo OS como ativador alcalino é possível.
Estudo do comportamento de colunas de sistemas de armazenagem considerando o fechamento intermitente da seção transversal.
(2023) Starlino, Juliane Aparecida Braz; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Mesacasa Junior, Enio Carlos; Neiva, Luiz Henrique de Almeida
Os sistemas de armazenagem industrial são estruturas que permitem estocar e organizar de forma fácil matérias primas e produtos manufaturados. São compostos por elementos metálicos, em sua maioria em perfis formados a frio. Dentre as seções utilizadas na fabricação das colunas dos sistemas, a seção tipo rack é uma das mais utilizadas, pois sua forma permite a fixação de outros elementos, facilitado a montagem. Por possuir paredes de espessura reduzida e alcançar grandes comprimentos, as colunas dos sistemas de armazenagem estão suscetíveis a diferentes fenômenos de instabilidade, tais como flambagem local, distorcional e global. O presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento de colunas em perfil formado a frio de seção rack com perfurações considerando o travamento da abertura da seção transversal posicionado de forma intermitente ao longo da coluna. Esse travamento interfere no desenvolvimento dos modos de instabilidade distorcional e global, bem como na capacidade resistente das colunas. Foram analisadas colunas sob carregamento centrado, de espessura 2,00 mm, larguras de alma 80 mm, 90 mm e 100 mm, e comprimento de 100 mm a 3000 mm variando a cada 50 mm. Inicialmente foi desenvolvido um modelo de elementos finitos, via ANSYS, validado pela comparação das forças axiais de flambagem com as obtidas da Teoria Generalizada de Vigas, via GBTUL. Com os resultados foi definida a posição dos travamentos considerando o comprimento para a força axial mínima de flambagem distorcional e considerando também o início do modo. Posteriormente foi realizada a análise e comparação de forças axiais de flambagem para colunas com e sem travamentos, seguida da análise não-linear, para determinação das forças resistentes. Nessa análise não-linear são introduzidas as imperfeições geométricas por meio da atualização da geometria segundo a configuração deformada do primeiro modo de instabilidade obtida na análise linear. As forças resistentes são comparadas entre si, a fim de verificar a influência dos travamentos nas colunas. Por fim foi realizada a análise teórica de colunas utilizando adaptações da norma brasileira NBR 14762:2010, para a consideração das perfurações existentes nas colunas. Esta análise verificou a viabilidade das equações já existentes, considerando uma metodologia para a realização do cálculo da força resistente das colunas que apresentem fechamento intermitente da seção transversal. Os travamentos aumentam tanto as forças axiais de flambagem quanto a resistência das colunas, uma vez que as enrijece e as torna menos suscetíveis aos modos distorcional e de flexo-torção. O dimensionamento pela norma considerando adaptação da área da seção mostrou-se adequado e fornece valores conservadores se comparado ao resultado numérico.
Modelagem numérica de elementos sólidos de aço-carbono estrutural, aço inoxidável e liga inconel 718 via método dos elementos finitos.
(2023) Almeida, Lukerman Douglas de; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Lage, Carmen Miranda; Araújo, Ernani Carlos de; Fernandes, Walliston dos Santos
O presente trabalho visa a realização das análises numéricas de elementos sólidos relativos ao aço-carbono estrutural, tanto para o aço de média resistência (MR250) quanto para o de alta resistência (AR350); ao aço inoxidável 304 e da superliga inconel 718. Para isso, implementouse computacionalmente uma formulação matemática baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), que utilizou a linguagem de programação FORTRAN, que teve por propósito a obtenção dos valores de tensões, deformações e deslocamentos nodais dos aços e da liga, levando-se em conta que os materiais apresentam comportamentos elástico-lineares. Quanto às análises das tensões, utilizou-se o método de critério de ruptura de von Mises. Para a discretização dos elementos sólidos, foram utilizados os elementos finitos tetraédricos de 4 nós (T4), hexaédricos de 8 nós (H8) e hexaédricos de 20 nós (H20), sendo que cada nó apresenta três graus de liberdade. Utilizou-se também o Método de Gauss-Legendre (Quadratura de Gauss) para a resolução numérica das integrais. Com o intuito de verificar e validar as respostas obtidas a partir do programa computacional implementado, foram realizadas comparações com resultados encontrados na literatura, e em seguida foram feitas as análises numéricas dos materiais. Este trabalho pretende contribuir de forma eficiente para o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos em sólidos.
Análise não-linear geométrica de pórticos planos com elementos não-prismáticos de seção qualquer, descritos referenciados a eixos não-centroidais segundo a formulação de Timoshenko.
(2023) Mageveske Netto, Protáze; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Hillesheim, Maicon José
O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver uma formulação consistente e genera- lizada para análise linear e não linear de elementos de pórtico plano. Para tanto, a partir do Princípio das Forças Virtuais foi desenvolvida uma formulação para elementos não prismáticos de seção qualquer baseados em eixos não centroidais, em nível de elemento, para a obtenção das expressões exatas dos coeficientes de rigidez elástica e geométrica, bem como de cargas nodais equivalentes. Polinômios de diferentes ordens foram empre- gados a fim de interpolar as rigidezes axial, flexional, cisalhante e estática generalizada ao longo do comprimento do elemento. Outrossim, funções de forma de Timoshenko são desenvolvidas como co-produto do próprio processo de formulação. Tal feito permite também que as matrizes de propriedades estruturais sejam diretamente determinadas a partir dessas funções. Assim, uma vez que os processos de integração serão reduzidos, naturalmente ocorre otimização no tempo de processamento computacional. Ao longo dos exemplos estudados, foi notado que a redução é de aproximadamente 30%. O programa computacional NAESY (Numerical Analysis of Engineering Systems) foi utilizado como base de estudo para a pesquisa. Nesse programa, foi implementado tanto a formulação para eixos não centroidais para uma análise linear elástica como não linear geométrica. Visualizações gráficas foram implementadas por meio do programa VisIt. Por fim, os re- sultados foram validados através de modelos 3D analisados através do programa comercial ANSYS.
Proposição de diretrizes e framework para a circularidade de materiais obtidos por estratégias de desconstrução de edificações.
(2023) Vieira, Mariana Fernandes Costa; Fontes, Wanna Carvalho; Fontes, Wanna Carvalho; Ferreira, Karine Araújo; Bastos, Pedro Kopschitz Xavier
A cadeia produtiva da construção civil, em virtude do seu padrão produtivo e econômico linear é responsável pelo consumo de quase metade dos recursos naturais extraídos do planeta e por descartar grandes volumes de resíduos. Nesse contexto, o presente trabalho aborda a desconstrução das edificações como uma estratégia para motivar a aplicação de práticas circulares no setor da construção civil. Diante disso, objetivou-se propor diretrizes e um framework para circularidade de produtos construtivos obtidos por estratégias de desconstrução das edificações. Para tanto, foi conduzida uma pesquisa bibliográfica a fim de investigar quais tipologias de materiais, componentes, elementos e sistemas construtivos são mais indicados para a desconstrução e reinserção no ciclo de valor, por meio da reutilização ou reciclagem. Como resultados, destaca-se que edifícios construídos com itens pré-fabricados e sistemas estruturais de aço possuem mais potencial para desconstrução. Além disso, foram definidas 26 diretrizes agrupadas em quatro requisitos (desmontagem, durabilidade, segurança e circularidade) para apoiar a desconstrução e a manutenção do ciclo de vida dos produtos construtivos recuperados. O framework proposto resumiu a contribuição teórica do trabalho em uma estrutura conceitual intuitiva e aplicável em empresas do setor da construção civil. O trabalho buscou contribuir para ampliar a compreensão sobre o tema e apresenta uma abordagem inovadora de um framework associado às melhores práticas para promover a circularidade dos materiais, componentes e elementos construtivos, por meio da desconstrução. Investigações futuras devem ser conduzidas para validar e adaptar o framework por meio de workshops e estudos de casos com empresas do setor da construção civil nacional e internacional.
Resistência e segurança de barras de seções compostas (Built-up) de perfis formados a frio submetidas à força axial de compressão.
(2022) Andrade, Celmar Pereira de; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de; Vieira, Washington Batista
Barras compostas (built-up) comprimidas, isto é, aquelas constituídas de dois ou mais perfis associados, são amplamente utilizados nas edificações, em locais com maiores carregamentos, como barras de treliça, colunas de galpões e montantes de interseção de paredes de LSF (Light Steel Frame). Em geral, as especificações das normas de projeto trazem apenas orientações quanto ao índice de esbeltez da barra composta, sendo a capacidade resistente da mesma, projetada com base na soma das resistências de cada seção constituinte. Assim, um possível ganho de resistência das barras compostas não é considerado nos projetos. Este trabalho tem como objetivo analisar a resistência e a segurança estrutural de barras compostas de perfis formados a frio submetidas à força axial de compressão, projetadas pelo Método da Resistência Direta (MRD). Na análise da estabilidade elástica utilizou-se o CUFSM, software baseado no método das faixas finitas, que permite modelar os pontos de conexão entre os perfis que constituem uma barra composta. Utilizando métodos de confiabilidade de primeira ordem, procedeu-se a análise da segurança estrutural considerando-se as combinações de ações das normas ABNT NBR 14762 (2010) e AISI S100 (2016). Foram adotados os índices de confiabilidade alvo das filosofias de projeto disponíveis na norma norte-americana AISI S100 (2016). Verificou-se a adequação entre as resistências experimentais e resistências teóricas utilizando amostras com espaçamento entre parafusos limitado a 200 mm. As estatísticas do erro do modelo foram obtidas a partir de 233 resultados experimentais disponíveis na literatura. Os resultados da análise do erro do modelo mostraram que o procedimento de modelar a conexão entre as seções transversais na análise de estabilidade para o dimensionamento de barras compostas via MRD é adequado para ser incorporado às normas. No caso da NBR 14762 (2010), um procedimento de calibração demonstrou que o atual coeficiente de ponderação da resistência ( = 1,2) pode ser mantido para um índice de confiabilidade alvo de 2,5. Constatou-se ainda que o aumento médio da resistência das barras compostas, ao se considerar a cooperação entre os perfis, é de 53%.
Métodos para avaliação de desempenho térmico de edificações envolvendo simulações energéticas.
(2023) Mendes, Vítor Freitas; Mendes, Júlia Castro; Mendes, Júlia Castro; Gomes, Adriano Pinto; Caetano, Lucas Fonseca
O desempenho térmico inadequado é um dos vários problemas que atingem as edificações brasileiras, gerando prejuízos econômicos, sociais e de saúde para os usuários. Esse desempenho ruim leva à dependência de estratégias ativas para o condicionamento interno, consumindo energia e gerando impactos ambientais. Nesse cenário, vários pesquisadores se dedicam ao desenvolvimento de estratégias para mitigar esse problema. Uma das maiores vertentes nessa avaliação é com base em dados obtidos a partir de simulações energéticas. Contudo, a forma e os parâmetros para avaliar esses dados e determinar o desempenho térmico da edificação variam significativamente conforme as preferências e a regiãresumo da equipe de pesquisa. Assim, o primeiro capítulo deste trabalho propõe investigar os métodos existentes para avaliação de desempenho térmico de edificações, a partir de uma revisão bibliográfica estruturada dos últimos 12 anos, em que 158 artigos completos foram lidos. Como resultados, os métodos mais utilizados foram identificados e explicados, e foi levantado um panorama atual das pesquisas e lacunas sobre o tema. As metodologias mais recorrentes na análise foram o Método da Carga Térmica (95%), o Método Graus- Horas (ou Graus-Dias) (9%) e o Método dos Dias Típicos (5%). No segundo capítulo deste trabalho, foi feita uma análise de desempenho térmico de duas edificações com três estratégias construtivas para as paredes (alvenaria tradicional, alvenaria estrutural e parede de concreto), a partir dos métodos mais recorrentes da literatura e das variações de temperatura operativa. Como resultado, observou-se que os melhores sistemas construtivos variam conforme o método analisado e a temperatura operativa ajustada, indicando a necessidade de se fazer análises baseadas em parâmetros que refletem a realidade da edificação. Assim, este trabalho pretende ser uma base referencial e teórica para futuras avaliações de desempenho térmico de edificações.
Influência do fator de forma e do teor de adição de microfibras de resíduo de lã de vidro na resistência de argamassas de cimento Portland.
(2023) Ferreira, Matheus Henrique Dela Costa; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Silva, Keoma Defáveri do Carmo e
Como se já não bastasse os impactos climáticos causados pela acumulação dos gases estufas na atmosfera, também deve-se enfatizar o problema de contaminação terrestre, devido à adoção de práticas insustentáveis de descarte dos resíduos sólidos. Entre estes resíduos, destaca-se o resíduo de lã de vidro (RLV), oriundo de um tipo de isolamento termoacústico empregado em equipamentos industriais ou em construções residenciais. Neste trabalho, buscou-se uma alternativa para o reaproveitamento do RLV gerado em plantas siderúrgicas como uma fonte de microfibras para adição em matrizes de argamassa de cimento Portland. Dessa forma, foi feita a caracterização química, física e mineralógica do RLV utilizando técnicas de fluorescência e difração de raios-x, e microscopia eletrônica de varredura. Também foram avaliados os impactos na resistência mecânica das matrizes causados tanto pela variação do fator de forma das microfibras, como pelo teor de adição de RLV. Os teores de fibras adicionados nas dosagens propostas para este estudo foram de 0%; 2,5%; 5,0%; 7,5% e 15%. As argamassas com adição de fibras curtas e longas foram ensaiadas para obter a resistência à tração na flexão e à compressão, aos 7 e 28 dias de hidratação em regime submerso a temperatura ambiente. Os resultados das análises estatísticas feitas nos dados de resistência medidos revelaram que as fibras longas, com fator de forma maior, foram mais eficientes no ganho de resistência quando submetidas aos esforços de tração do ensaio de flexão. Já nos ensaios de compressão uniaxial, os efeitos predominantes no ganho de resistência foram promovidos devido a adição das fibras curtas, com menor fator de forma, mas com elevada área de superfície específica, o que favoreceu a formação de uma matriz densa. Portanto, concluiu- se que tanto o teor de adição de fibras quanto o fator de forma tiveram impacto positivo na resistência última. Assim, enquanto a adição de fibras curtas promoveu um ganho máximo de resistência a compressão de 43% para o traço LVM-15, a adição de fibras longas também foi responsável por um incremento máximo de 48% na resistência a tração para o traço LVL-15.
Revisão bibliométrica e mapeamento dos resíduos mais utilizados em matrizes cimentícias no Brasil.
(2023) Lopes, Carolina de Melo Nunes; Mendes, Júlia Castro; Mendes, Júlia Castro; Carvalho, José Maria Franco de; Azevedo, Afonso Rangel Garcez de
Nos últimos anos houve um aumento de pesquisas relacionadas à incorporação de resíduos em matrizes cimentícias. No entanto, ainda que diversos estudos indiquem o grande potencial de reaproveitamento de resíduos no setor da construção, a aplicação prática dessas pesquisas ainda é incipiente. Diante disso, este estudo tem como objetivo investigar quais são os resíduos mais estudados por pesquisadores brasileiros que podem ser incorporados em matrizes cimentícias e onde eles se localizam, a fim de contribuir para políticas públicas e decisões institucionais para maximizar a sua reutilização. Inicialmente, os resíduos mais estudados foram identificados através de uma análise bibliométrica na base de dados Scopus. Essa análise incluiu trabalhos científicos de instituições brasileiras publicados de 2001 a 2022. O tratamento dos dados obtidos foi feito utilizando o software VOSviewer. Posteriormente, foram consultados dados públicos e privados para a identificação dos estados brasileiros em que esses resíduos são gerados. Com essas informações foram elaborados mapas do território brasileiro com a listagem de resíduos encontrados em cada estado. A pesquisa bibliométrica resultou em 1270 documentos e foram identificados 49 resíduos com pelo menos 2 menções em palavras-chave. Entre os resíduos mais citados nas publicações brasileiras estão os resíduos de construção e demolição, cinzas da casca de arroz, resíduos de vidro, borracha de pneu e bagaço de cana-de-açúcar. 16 dos 49 resíduos considerados são gerados em todo o Brasil, e, portanto, o desenvolvimento de tecnologias para reaproveitamento e reciclagem desses resíduos deveria ser priorizado. Também foram observados resíduos presentes na maioria dos estados brasileiros que são pouco estudados, como os resíduos de tinta e de lã de vidro. Há uma grande heterogeneidade na ocorrência desses 49 resíduos no território brasileiro. Portanto, este trabalho contribui para a elaboração de políticas públicas quanto à logística e investimentos relacionados ao reaproveitamento e reciclagem de resíduos no Brasil.
Confiabilidade de barras de perfis formados a frio sujeitos à força concentrada em seções sem enrijecedores transversais suscetíveis à falha por esmagamento da alma (web crippling).
(2022) Melo, Nathália Barbosa de; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Malite, Maximiliano; Souza, Flávio Teixeira de
O objetivo deste trabalho é a avaliação da segurança estrutural de perfis formados a frio (PFF) sujeitos a forças concentradas em regiões sem enrijecedores transversais susceptíveis a um mecanismo localizado de falha associado ao esmagamento da alma (web crippling). Primeiramente, o dimensionamento foi realizado de acordo com as normas americana e brasileira. Os dados experimentais de seções I enrijecido, Z enrijecido, cartola, U simples e enrijecido relatados na literatura foram analisados, obtendo-se as estatísticas do erro do modelo. Os Índices de confiabilidade (β) foram calculados com o emprego dos métodos de confiabilidade FOSM (First-Order Second- Moment), FORM (First-Order Reliability Method), SORM (Second Order Reliability Method) e SMC (Simulação de Monte Carlo). A análise de confiabilidade foi desenvolvida para combinações de cargas das normas americana e brasileira, além da razão nominal da ação variável e permanente, Ln/Dn, iguais a 3 e 5. Índices de confiabilidade alvo foram considerados de acordo com os principais padrões internacionais para barras de PFF. Em seguida, procedeu-se o dimensionamento das seções do banco de dados experimentais para o estudo estatístico do erro do modelo empregando o método da resistência direta (MRD). O dimensionamento pelo MRD seguiu critérios e formulações propostas por bibliografia internacional, visto que, a formulação para web crippling não é contemplada nas normas de PFF. Os resultados foram comparados com valores experimentais de um banco de dados de perfis U e U enrijecido com foco particular nas condições de carregamento Interior-One-Flange (IOF) e Interior-Two-Flange (ITF). De forma similar foram empregados os métodos de confiabilidade para avaliação dos índices de confiabilidade e calibração do coeficiente de ponderação de resistência. Constatou-se que o coeficiente de ponderação de resistência presente na norma brasileira não apresentou resultados satisfatórios em relação ao valor alvo do índice de confiabilidade em alguns casos. Conclui-se que são necessários ajustes no coeficiente de ponderação da resistência previsto na norma, conforme o tipo de carregamento e condição de suporte, para padronizar o nível de segurança. O MRD também se apresenta como uma possibilidade que pode ser incorporada à norma, porém, são necessários mais estudos.
Investigação de ladrilhos hidráulicos sob a perspectiva ambiental : avaliação do ciclo de vida e contaminação ambiental.
(2022) Castro, Júlia Assumpção de; Mendes, Júlia Castro; Mendes, Louise Aparecida; Mendes, Júlia Castro; Mendes, Louise Aparecida; Fontes, Wanna Carvalho; Bastos, Pedro Kopschitz Xavier; Caldas, Lucas Rosse
Os ladrilhos hidráulicos são um tipo de revestimento cimentício fabricado de forma artesanal, sem processo de queima. Devido a esses aspectos, eles são comumente comercializados como “materiais sustentáveis”. Entretanto sua produção leva quantidades significativas de cimento, um dos materiais de maior impacto ambiental dentro da construção civil. Apesar dos ladrilhos serem historicamente muito utilizados no Brasil, poucos são os estudos publicados sobre esse material. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é investigar os ladrilhos hidráulicos sob a perspectiva ambiental, contribuindo para a presença de dados primários e de ciclo de vida dos ladrilhos. Para realizar essa investigação, foram analisados (I) o CO2 embutido, (II) a energia incorporada e (III) a presença de componentes potencialmente tóxicos. O CO2 embutido e a energia incorporada foram investigados a partir da avaliação do ciclo de vida, na abordagem “do berço ao portão”. A presença de componentes potencialmente tóxicos foi investigada por meio de ensaio de lixiviação (NBR 10004 e 10005) nos próprios ladrilhos hidráulicos e na água do tanque de cura. Os resultados mostram que a média do CO2 embutido dos ladrilhos hidráulicos é de 8,3258 kgCO2/m2 e 0,2504 kgCO2/kg. Em comparação com revestimentos cerâmicos, o resultado é 49% maior, embora saiba-se empiricamente que ladrilhos hidráulicos tendem a ter uma longevidade significativamente superior. A energia incorporada encontrada é, em média, de 59,7547 MJ/m2 e 1,8011 MJ/kg. Para comparação com outros revestimentos seria necessário analisar a matriz energética dos materiais e padronizar a abordagem. A investigação dos componentes potencialmente tóxicos concluiu que os ladrilhos hidráulicos estudados e as águas dos tanques de cura coletadas não foram classificados como tóxicos. Sendo assim, os indicadores analisados permitem concluir que os ladrilhos hidráulicos apresentam um impacto ambiental similar a outros revestimentos comumente utilizados nas construções brasileiras. Entretanto, deve-se destacar que os ladrilhos possuem, adicionalmente, um forte apelo estético, cultural e histórico.
Desempenho térmico de galpões industriais equipados com lanternins.
(2019) Camargos, Bruno Henrique Lourenço; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Bortolaia, Luis Antônio; Tribess, Arlindo
Neste trabalho, faz-se uma análise do desempenho térmico via simulação computacional de galpões industriais dotados de fonte interna de calor de alta intensidade, visando-se aferir as condições internas de conforto higrotérmico. Estuda-se a influência de algumas configurações de sistemas de fechamento considerando-se ainda os efeitos da ventilação natural, em função da posição das aberturas e da presença de lanternins. Compara-se os resultados anuais finais com os limites do índice IBUTG previstos na norma regulamentadora NR-15, como forma de avaliar a exposição ocupacional ao calor. Os resultados mostram que o aumento da temperatura interna pode chegar a 1,8°C em se tratando do fechamento metálico do galpão industrial e de até 0,9°C ao se aplicar camadas de isolantes térmicos no fechamento. Sob o viés da ventilação natural, proporcionada pelas aberturas de entrada de ar e pela presença do lanternim, observa-se que devido a esse se tem uma diminuição de até 9,2°C da temperatura interna do galpão, provando que esse aparelho é indispensável em se tratando de edificações dotadas de fonte interna de calor, uma vez que a fonte interna tende a contribuir para a intensificação do efeito chaminé e acentuar a exaustão natural do ar interno através do lanternim. Verifica-se que os galpões com maiores áreas para saída de ar apresentam melhor desempenho térmico, diminuindo em até 5,1°C a temperatura interna. Nota-se que a vazão possui comportamento simétrico nas aberturas do lanternim longitudinal, ou seja, quando uma abertura está com a máxima vazão de saída do ar interno, a abertura oposta à direção predominante do vento está atuando como ponto de entrada para o ar externo. Já os lanternins transversais mostram-se mais sensíveis em relação à direção do vento, posto que estão posicionados perpendicularmente à edificação. À vista disso, o melhor resultado encontrado é para a situação do vento incidindo paralelamente ao galpão obtendo-se uma redução na temperatura interna de até 1°C, aumento na taxa de renovação de ar por hora, no ambiente interno, em até 1ren/h, e um acréscimo de cerca de 10% no volume de ar infiltrado. O total de horas de desconforto anual do galpão munido com a melhor configuração, ou seja, aqueles com maiores áreas de saída de ar (equipados com lanternim longitudinal e lanternins transversais) e fechamento utilizando materiais com menores valores de absortância, apresenta apenas 8,25% das horas do ano acima do limite para o IBUTG recomendado pela norma, demonstrando a eficácia das intervenções de construção sugeridas neste trabalho frente à maximização do desempenho térmico global desta edificação industrial.
Matrizes cimentícias com adição de rejeito sílico-aluminoso em situação de incêndio.
(2021) Figueiredo, Aline Santana; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Carvalho, José Maria Franco de; Mendes, Júlia Castro
O rejeito proveniente da mineração de areia é um material fino, gerado em grande quantidade e ainda pouco estudado, denominado goma de areia (GA). A GA representa ônus ao processo de extração de areia devido aos impactos ambientais, sociais e econômicos associados à sua geração, incluindo as grandes extensões de área necessárias para sua disposição e potencial contaminação do solo e dos cursos d’água próximos. Até o presente momento, não foram encontrados na literatura estudos referentes à caracterização e aplicação desse material para a finalidade descrita ou a outras que visem a melhoria do desempenho das matrizes de cimento Portland. Portanto, foi proposta a avaliação de suas características físicas, químicas e mineralógicas e seu emprego como material cimentício suplementar (SCM) em matrizes cimentícias sujeitas à condição de incêndio, contribuindo para a reinserção desse rejeito na cadeia produtiva, redução no consumo de ligante e a consequente redução da emissão de CO2 relacionada à produção de cimento Portland, bem como a diminuição do consumo de recursos naturais não renováveis e redução dos reservatórios destinados à disposição desse rejeito. Buscando parametrização para as propriedades da GA, foram caracterizados outros dois materiais, rejeito de quartzito (QT) e metacaulim (MC). O QT é um material proveniente do corte e polimento de peças ornamentais e predominantemente composto por quartzo (SiO2), que corresponde à fase mineralógica da sílica presente na GA. O MC é um produto comercial com teor significativo de caulinita [Al2Si2O5(OH)4] e predominantemente amorfo, comumente utilizado como pozolana em matrizes cimentícias. Os materiais foram caracterizados física, química e mineralogicamente e foi realizada a moldagem de corpos de prova cilíndricos (ø50 x 100 mm) de concreto contendo teores de 2% a 16% de cada SCM em relação ao volume de cimento. Após a cura, foram procedidas as caracterizações física e mecânica das matrizes aos 28 dias e os corpos de prova foram submetidos a ciclos de queima em forno a gás sob temperaturas máximas de 400oC, 600oC, 800oC e 1100oC, sendo realizada sua caracterização física e mecânica após o resfriamento natural. Os resultados obtidos indicaram a viabilidade técnica da incorporação de GA aos concretos, apresentando maior resistência mecânica e melhores propriedades físicas do que a referência em todos os teores de adição estudados, com máximo desempenho registrado para o teor de 8% de adição. Após a simulação de incêndio, todas as amostras com adição de SCMs apresentaram desempenho melhor do que a referência, tendo também o concreto com 8% de GA alcançado um melhor desempenho geral quanto à resistência mecânica e às propriedades físicas residuais. Tais resultados indicaram que a adição de GA às matrizes cimentícias possibilita o aumento da resistência a altas temperaturas.
Confiabilidade de vigas em perfis de aço formados a frio com perfurações na alma.
(2022) Santos, Rogério Fonseca; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Brandão, André Luis Riqueira; Vieira, Washington Batista; Souza, Flávio Teixeira de
Os perfis formados a frio (PFF) são amplamente utilizados na construção civil. Apesar da demanda de projeto de vigas com perfuração na alma para acomodar e dar passagem a tubulações em geral, a norma brasileira NBR 14762 (2010) não prevê procedimentos para dimensionamento de PFF com perfurações. Uma vez que os furos na seção tendem a reduzir a capacidade resistente de uma viga de PFF, os modos de instabilidade devem ser cuidadosamente analisados. Torna-se, portanto, necessário realizar um estudo a respeito das principais formulações disponíveis que se baseiam no Método da Resistência Direta (MRD). Dentro desse contexto, nesta dissertação são apresentadas formulações de cálculo de vigas em PFF com perfuração na alma. Um procedimento de avaliação da confiabilidade de vigas projetadas conforme as formulações estudadas, utilizando os coeficientes de ponderação da resistência e das ações das normas brasileira e americana é realizado. Os dados estatísticos das variáveis básicas foram obtidos na literatura, exceto para a variável coeficiente profissional (P), cujas informações estatísticas foram obtidas a partir de um banco de dados de experimentos obtidos de pesquisa bibliográfica. A partir dos resultados, observou-se uma certa uniformização dos índices de confiabilidade para grupos de dados de mesmo modo de flambagem. Para o formato LRFD (AISI S100, 2016), o coeficiente de ponderação da resistência () da norma americana é suficiente para garantir de forma geral um resultado satisfatório, apresentando índice de confiabilidade () bem próximo ao alvo de 2,5. No entanto, no formato LSD (AISI S100, 2016), o coeficiente de ponderação da resistência normativo não atende ao requisito de segurança, apresentando índice de confiabilidade inferior ao alvo de 3,0 em todas as análises. Para os cenários relacionados com a NBR 14762 (2010), em nenhum dos casos analisados, o índice de confiabilidade alvo de 2,5 foi alcançado com o método FORM. Quando o índice de confiabilidade é fixado em 2,5 para a norma brasileira, verifica-se a necessidade de aumentar o atual coeficiente de ponderação da resistência para o caso de flexão ( = 1,10) para 1,2 (modo distorcional) e 1,15 (modo local).
Obtenção de zona de conforto utilizando a regressão Probit e o método de médias associadas para as condições climáticas de Ouro Preto : ambientes universitários.
(2017) Cristeli, Pablyne Sant’Ana; Souza, Henor Artur de; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Rossi, Francine Aidie
Ao se estudar o conforto térmico de um ambiente construído analisa-se sua relação com o ambiente térmico, luminoso e à transmissão de ruído objetivando adequação do sistema de fechamento (externo e interno) da edificação e um projeto arquitetônico eficiente que se insira no meio ambiente da região respeitando as condições climáticas locais e a iluminação natural. O interesse sobre conforto térmico no interior de edificações tem aumentado ao longo dos anos à medida que estudos comprovaram a relação do conforto térmico com a saúde e o bem- estar dos usuários. Esta crescente preocupação tem resultado no desenvolvimento de métodos de conforto adaptativos que contribuam para a avaliação do conforto térmico, condição diretamente relacionada com o desempenho e a produtividade dos usuários no exercício de suas atividades, especialmente em edificações escolares. Nesses ambientes, a qualidade do ambiente, ou seja, as condições de conforto (térmico, acústico e luminoso), pode atuar no rendimento do aluno, influenciando na concentração, compreensão, aprendizagem e desempenho global. Nesse contexto, vários índices de conforto térmico, levando em conta a capacidade adaptativa das populações, foram desenvolvidos para realidades climáticas distintas, inclusive alguns apropriados às condições climáticas brasileiras e outros necessitando da verificação da sua aplicabilidade. Neste trabalho obtêm-se zonas de conforto térmico por meio de dois métodos adaptativos: a Regressão Probit e as Médias Associadas, tomando como base as condições climáticas da cidade de Ouro Preto, Minas Gerais. Os dados são obtidos por meio da aplicação de questionários e medição das variáveis ambientais, simultaneamente. A análise é realizada por meio de comparação da zona de conforto térmico plotada em carta psicrométrica a partir dos limites de neutralidade em relação: à temperatura operativa do ar e à temperatura de globo de bulbo úmido (Método de Regressão Probit), e à temperatura do ar e à temperatura de globo de bulbo úmido (Método de Médias Associadas). Os resultados obtidos pelos dois métodos apresentaram zonas de conforto similares – Método de Regressão Probit: Top entre 17,8 e 24,7oC e Tbu entre 12,2 e 20,2oC; Método de Médias Associadas: Tar entre 17,2 e 25,6oC e Tbu entre 13,4 e 20,3oC – e em conformidade com as sensações térmicas expressadas pelos entrevistados, o que comprova a validade dos modelos adaptativos utilizados para o ambiente em estudo e para as condições climáticas locais.
Análise de confiabilidade de vigas em perfis formados a frio susceptíveis à flambagem distorcional utilizando dados de análise numérica incorporados à variável erro do modelo.
(2022) Silva, Márcio Maciel da; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Vieira, Washington Batista; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Vieira, Washington Batista; Brandão, André Luis Riqueira; Souza, Flávio Teixeira de
As vigas constituídas de perfis formados a frio em seção Ue e Ze são comumente utilizadas em coberturas, como terças, e também empregadas como vigas principais para estrutura de edificações. Em vigas de perfis formados a frio, submetidas à flexão simples, com restrição à flambagem lateral com torção e sem restrição à mesa comprimida, a flambagem distorcional pode ser o modo de falha predominante. Diante do exposto, este trabalho tem como objetivo mostrar o desenvolvimento de um estudo sobre o modo de instabilidade distorcional em perfis formados a frio de seções Ue e Ze sujeitos à flexão simples, por meio de análise numérica, utilizando o software em elementos finitos ABAQUS, e o CUFSM, um software baseado no método das faixas finitas. O software Matlab foi utilizado para automatizar a modelagem de forma que uma série de simulações numéricas com nãolinearidade geométrica e material fossem realizadas e validadas com resultados experimentais da literatura. A pesquisa envolveu 62 vigas de seção Ue e 78 vigas de seção Ze, com resultados experimentais para a validação do modelo numérico. Posteriormente, uma ampliação no banco de dados foi realizada, resultando em 108 vigas de seção Ue e 73 vigas de seção Ze. Portanto, o presente trabalho foi constituído de 1093 simulações de perfis formados a frio, abrangendo 170 vigas de seção Ue e 151 vigas de seção Ze. Assim, realizou-se uma análise de confiabilidade com o método FORM, utilizando combinações de ações de acordo com os parâmetros de calibração do AISI-LRFD e AISI-LSD para obter o índice de confiabilidade (β) e probabilidade de falha (Pf). A partir desses resultados, observou-se uma boa aproximação entre os índices de confiabilidade dos modelos de seção Ue e o índice alvo estabelecido de βo = 2,5, referência para a calibração do AISI S100:2016, considerando o coeficiente de ponderação da resistência = 1,10, disposto no método da resistência direta (MRD), apresentado no anexo C da ABNT NBR14762:2010. Entretanto, para os perfis de seção Ze, o índice de confiabilidade β apresentou-se inferior ao índice alvo de 2,5, sugerindo um aumento do coeficiente de ponderação da resistência , como disposto na ABNT NBR14762:2010.
Aprendizado de máquina aplicado à construção civil : estimativa da resistência à compressão de concretos de escória de aciaria.
(2022) Penido, Rúben El-Katib; Mendes, Júlia Castro; Cury, Alexandre Abrahão; Mendes, Júlia Castro; Cury, Alexandre Abrahão; Carvalho, José Maria Franco de; Santos, Tatiana Barreto dos
Nos últimos anos, estudos vêm sendo conduzidos visando disseminar a reutilização de escória de aciaria como agregado para concretos. Entretanto, a ausência de metodologias para obtenção de traços de concretos de escória de aciaria tem dificultado as pesquisas e comprometido o seu uso em larga escala. Além disso, as metodologias convencionalmente adotadas para a definição de traços de concreto envolvem tabelas empíricas e a necessidade de se moldar e romper corpos de prova, demandando tempo e recursos. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver modelos baseados em aprendizado de máquinas para a previsão da resistência à compressão de concretos de escória de aciaria a partir de seus traços. Para este fim, foi realizado um levantamento de dados de concretos de escória de aciaria na literatura e aplicadas quatro técnicas de aprendizagem de máquina: regressão por vetores suporte (SVR), redes neurais artificiais (ANN), árvore de decisão com algoritmo de boosting (XGBoost) e processo gaussiano de regressão (GPR). Os resultados foram avaliados por meio de três indicadores: erro absoluto médio (MAE), erro quadrático médio (RMSE) e coeficiente de determinação (R²). Numa primeira etapa, os modelos com o banco de dados elaborado foram validados de forma cruzada (k = 10). Em seguida, foram utilizados dados experimentais para validar os modelos construídos. Na primeira etapa, o modelo que alcançou o melhor desempenho foi o ANN, com R² de 0,79, com os demais variando entre 0,68 e 0,73. Os MAEs variaram entre 4,73 e 5,51 MPa. No entanto, a validação experimental obteve resultados insatisfatórios - os modelos de GPR, XGBoost e SVR apresentaram valores de R² negativos. Isso mostra que o tamanho do banco de dados e a variabilidade do resíduo estudado influenciam significativamente a qualidade dos modelos propostos. Desse modo, o presente trabalho traz os primeiros passos para o desenvolvimento de estratégias de desenvolvimento de traços para concretos não-convencionais. Em última análise, buscamos reduzir o impacto das indústrias siderúrgicas no meio ambiente e contribuir para o entendimento dos fatores que influenciam os traços de concreto.
Desempenho térmico de habitações considerando-se os efeitos da umidade na envoltória.
(2019) Araújo, Mariana Tonini de; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Cecília Gravina da
A tipologia de construção de uma edificação, os materiais de construção que a compõe, sua orientação e localização geográfica, sua função social e sua interação com o clima local são fatores que podem produzir impactos negativos no consumo energético para o condicionamento da habitação, o qual visa oferecer conforto térmico aos ocupantes. Por meio de um projeto estrutural adequado e da utilização de tipos de fechamento que apresentem bom desempenho térmico em relação ao clima local é possível uma melhor eficiência global da edificação. Diversas variáveis estão envolvidas nos processos de troca de calor e de massa entre o meio externo e o ambiente interno, influenciando a resposta adequada da edificação, tais como: parâmetros climáticos e ambientais, número de ocupantes e atividades realizadas por estes, características termofísicas dos fechamentos e demais materiais de construção, dentre outros. Devido ao grande número de variáveis existentes nos processos térmicos a simulação computacional é o método mais adequado a ser utilizado, sendo o programa EnergyPlus indicado pela NBR 15.575 para realização de simulações energéticas. Em muitas análises de eficiência energética no entanto, o cálculo da condução de calor através da envoltória da edificação não considera o transporte e armazenamento de umidade pelos materiais de construção que a compõe, o que pode levar a erros na obtenção da temperatura e umidade relativa internos. Dessa forma, neste trabalho avalia-se os efeitos da umidade na envoltória de uma edificação, por meio da simulação computacional no EnergyPlus de uma habitação residencial unifamiliar térrea, em alvenaria de tijolos cerâmicos e concreto maciço, comparando-se os modelos higrotérmicos Effective Moisture Penetration Depth Model (EMPD) e Combined Heat and Moisture Transfer Model (HAMT) ao modelo Conduction Transfer Function Model (CTF), o qual não considera efeitos de umidade na envoltória. Verifica-se uma maior umidade relativa do ar e razão de umidade da zona térmica analisada quando se utiliza o modelo HAMT na simulação numérica dos dois fechamentos, e uma redução dos valores de temperatura interna do ambiente. Em termos quantitativos, comparando-se os modelos HAMT e EMPD com o modelo CTF, a demanda energética anual de resfriamento pode apresentar uma redução de 28% com o modelo EMPD na alvenaria e um aumento de 5% com o HAMT no concreto maciço. Para a demanda energética anual de aquecimento, a qual possui valores irrisórios em relação ao resfriamento, o modelo EMPD pode apresentar uma redução de 57% para o concreto maciço e o modelo HAMT chega a aumentar seu consumo anual em 68% na alvenaria, em relação ao modelo CTF.

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