PROPEC - Doutorado (Teses)

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Ativação alcalina da escória de aciaria.
(2023) Borba Júnior, José Carlos; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Gama, João Luiz Calmon Nogueira da; Santos, White José dos; Borges, Paulo Henrique Ribeiro
A demanda da humanidade por bens e serviços tem causado aumento na busca por produtos muito acima do crescimento da população. Nesse sentido, há a necessidade de diminuir o impacto causado pelas indústrias de bens de consumo. Esse trabalho propõe o uso de uma escória de aciaria como matéria prima para a produção de um cimento alcalinamente ativado, que pode vir a ser um substituto do cimento Portland. Para isso, o trabalho iniciou com uma extensa revisão bibliográfica sistematizada sobre o assunto que mostrou lacunas de conhecimento a serem exploradas. Assim, o trabalho propõe a dosagem de pastas de escória de aciaria de forno a arco elétrico, comparando os resultados de resistência à compressão pelos métodos de uma parte e de duas partes. Os traços feitos pelo método de duas partes alcançaram as maiores resistências à compressão, chegando a 15 MPa aos 90 dias, enquanto que os traços de uma parte só atingiram 4 MPa. Também foi feita a caracterização dos produtos de hidratação aos 28 e 90 dias de idade, através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica e difratometria de raios X com tratamento de dados pelo Rietveld. Os resultados mostram a evolução das pastas hidratadas, com formação de silicato de cálcio hidratado e o aluminato de cálcio hidratado. As quantidades de cada produto hidratado obtidas pelos dois métodos convergiram, apresentando menos que 10 % de diferença calculada.
Desempenho termoenergético e lumínico de fachadas envidraçadas com brise-soleil em edificações multipavimentos climatizadas : tipos de vidros e tipologias de brises.
(2021) Dias, Luma de Souza; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Ferreira, Franciele Maria Costa; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Marçal, Viviane Gomes; Tribess, Arlindo
Para que se obtenha um bom desempenho termoenergético em qualquer edificação, é necessário analisar o uso da iluminação natural, uma vez que seu uso influencia não só os aspectos de eficiência energética e sustentabilidade, mas também o bem-estar do usuário. Os dispositivos de brise soleil externos à edificação bloqueiam os raios solares excessivos nas fachadas das edificações, reduzindo assim a iluminação e calor excessivos ao ambiente de trabalho. Em paralelo a esses dispositivos têm-se os vidros, materiais com direta responsabilidade quanto à penetração da radiação solar no interior dos ambientes. Portanto, o estudo desses materiais em direta interação e a análise da variação dos dispositivos de brise podem contribuir para ambientes eficientes energeticamente e que ofereça conforto aos usuários. Assim, o presente estudo tem como objetivo analisar a influência da variação desses dispositivos de proteção solar e, em conjunto com as propriedades dos vidros, verificar o melhor cenário para uma edificação comercial com fachada envidraçada na cidade de Belo Horizonte/MG. Para obter respostas a esses objetivos, são realizadas simulações computacionais com os softwares Daysim e EnergyPlus e feitas análises comparativas para obter o melhor cenário, onde são escolhidas as fachadas sul e oeste para análises, devido a estas possuírem intensidades e tipos de radiação predominante diferentes, sendo que a fachada sul recebe radiações difusas e menos intensas e a fachada oeste recebe radiações diretas e mais intensas. Dessa forma é possível perceber de forma mais clara a diferença de comportamento entre estas quando se tem a variação dos parâmetros envolvendo os brises. Constata-se em resultados isolados que brises com angulações de 90° implicam em maiores taxas de radiação solar através das janelas, o vidro laminado na cor verde representa os menores valores de consumo com energia de resfriamento e afastamentos de 60cm resultam em uma autonomia de luz natural elevada. A análise em consideração de todos esses fatores, associado aos resultados com variação do tipo de brise e conforto térmico dos usuários leva a um modelo com mais horas de conforto e menor consumo, correspondente ao modelo composto por brise horizontal, vidro laminado na cor verde, afastamento de 60cm e angulação de 90°, para a fachada oeste e fachada sul.
Otimização de vigas alveolares de aço utilizando método dos elementos finitos e algoritmos genéticos.
(2023) Lubke, Gabriela Pereira; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Neves, Francisco de Assis das; Fernandes, Walliston dos Santos; Sousa Junior, João Batista Marques de; Alves, Élcio Cassimiro
Os estudos sobre otimização de estruturas têm ganhado destaque na atualidade, a busca por consumir os recursos de forma mais consciente e eficaz incentivam o uso de tais técnicas em todos os campos de atuação, e não seria diferente na indústria da construção civil. Nesse sentido, o presente estudo tem por objetivo empregar técnicas de otimização computacional para determinar a máxima capacidade resistente das vigas alveolares de aço, para dois grupos de linhas de corte diferente, um gerando vigas com alvéolos em formato de hexágonos e outro gerando vigas alvéolos com formato de elipses, este segundo grupo contempla como caso particular as vigas com aberturas circulares. O estudo utiliza o programa de elementos finitos FEMOOP, elaborado em linguagem C++, e são implementados um elemento finito triangular de três nós, submetido a um estado plano de tensão, uma rotina para otimização da forma e uma rotina para detalhar a linha de corte ideal a partir do modelo encontrado. As rotinas implementadas são validadas a partir de modelos numéricos e experimentais encontrados na literatura, demonstrando que o programa desenvolvido encontra resultados consistentes. Alguns exemplos de vigas alveolares são otimizados e os resultados são apresentados, indicando que a forma dos alvéolos e tamanho dos montantes interfere significativamente na resistência do perfil expandido.
Modelo computacional para análises estática e dinâmica de estruturas de aço e madeira com seções genéricas e inércias variáveis em mísulas.
(2022) Lima, Miguel Angelo Araújo; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Galvão, Alexandre da Silva; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus
O presente trabalho tem como objetivo realizar análise estática e dinâmica de estrutura de aço e madeira com seções transversais genéricas e momentos de inércias variáveis em mísulas ao longo de cada elemento estrutural. Com a finalidade de demonstrar a eficiência do método aplicado a barras com variação em mísula, utilizou-se a Regra de Simpson e verificou-se a sua eficiência a partir do cálculo dos fatores de forma e fatores de carga em alguns elementos estruturais com variação em mísula. Posteriormente utilizou-se uma função parabólica para descrever a variação da altura da seção ao longo do comprimento da barra e em seguida adotou-se o Método de Gauss-Legendre (Quadratura de Gauss) com a finalidade de calcular numericamente e de forma bastante precisa a flexibilidade dos elementos. Utilizou-se ainda para o cálculo das propriedades geométricas das seções transversais o Método dos Elementos Finitos (MEF).Vale ressaltar que no presente trabalho as discretizações das seções transversais foram realizadas com o auxílio do elemento finito triangular com três nós (CST). Neste trabalho as estruturas foram analisadas de duas formas: usando-se o elemento de barra (para análise estática e dinâmica) e posteriormente utilizou-se o elemento finito tridimensional (para análise estática). Com isso é possível realizar a análise de vigas, treliças, barras axiais e pórticos planos. Para a análise dinâmica utilizaram-se dois métodos de marcha no tempo, a saber: Método de Newmark e o Método da Superposição Modal. Por fim, implementou-se também no código computacional três formulações correspondentes à modelagem de estruturas tridimensionais utilizando-se os elementos finitos tetraédrico com 4 nós (T4), hexaédrico de oito nós (H8) e com o elemento hexaédrico ou paralelepipédico com 20 nós (H20). Neste trabalho, fez-se ainda a proposição de uma expressão para a matriz de rigidez, a matriz de massa e a matriz de amortecimento baseada na Regra de Simpson. Ou seja, daí surgem três matrizes equivalentes para a definição da rigidez, da massa e do amortecimento de estruturas. Com o intuito de validar as implementações numéricas realizadas foram analisadas duas estruturas. Na primeira aplicação comparou-se o resultado correspondente à análise dinâmica da estrutura através do Método de Newmark e do Método da Superposição Modal. Na segunda aplicação, modelou-se um pórtico plano via análise matricial com a consideração das matrizes de forma convencional e posteriormente com o uso da formulação proposta no presente trabalho. Por fim, verificou-se que os resultados obtidos foram bastantes satisfatórios tanto para as análises estáticas quanto para as análises dinâmicas demonstrando assim o sucesso das implementações numéricas realizadas.
Parâmetros para prevenção de patologias em edificações estruturadas em aço.
(2019) Hofmann, Giane Alfenas Antunes; Souza, Henor Artur de; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Dandolini, Gertrudes Aparecida; Nascimento, Otávio Luiz do
A construção estruturada em aço mostra-se uma opção interessante à já consagrada estrutura em concreto no cenário brasileiro, especialmente em um momento em que a construção civil no Brasil busca por mais competitividade e tecnologia como forma de enfrentar a crise econômica em um mercado em grande e constante mudança. Entretanto, por motivos históricos e culturais, o aço é ainda pouco utilizado como elemento estrutural na construção no Brasil. Para fomentar o uso de tal material faz-se necessário um maior domínio acerca de suas características, vantagens e, principalmente, de suas possíveis patologias. E a prevenção das patologias pode evitar degradação, gastos e até o colapso da estrutura. Nesse trabalho definem-se parâmetros essenciais na prevenção de patologias relacionadas à interface aço/fechamento em edificações estruturadas em aço. A identificação das patologias é feita em cinco edificações de médio e grande porte estruturadas em aço. De posse das informações acerca das patologias, são levantados os elementos causadores e a análise de risco das patologias, por meio das ferramentas da Gestão da Qualidade Total, utilizando-se, especialmente, o Diagrama de Ishikawa e a Matriz GUT. Os resultados obtidos mostram em qual etapa do processo de construção devem ser aplicados parâmetros na prevenção das patologias encontradas: corrosão na estrutura, trincas nos fechamentos, infiltrações na interface fechamento/estrutura, vazamento nas lajes entre andares e transmissão de som pelas lajes e instalações elétricas.
A study on geopolymerization of iron ore tailings.
(2019) Silva, Keoma Defáveri do Carmo e; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Carvalho, José Maria Franco de; Pedroti, Leonardo Gonçalves
Geopolymers are a relatively new technology, which is pointed as a potential alternative to the ordinary Portland cement for some applications. The need for an alternative to this binder comes from the environmental problems related to its production process and the tremendous volume of non-replaceable resources extracted to its production. Considering the importance of ordinary Portland cement, to find a suitable alternative binder is a hard task. At the same time, the re-application of industrial by-products from several productive sectors is an effective management way to save non-replaceable resources as well as a correct destination. In this sense, the main objective of this study is evaluating the feasibility of the iron ore tailings as a raw material to the production of geopolymeric composites. Additionally, two blend materials and fine aggregate were applied and verified the influence and effects on the geopolymer final properties. Were applied a solution of sodium hydroxide at three different molar concentrations (8, 10, and 12 mol/l) and curing temperature of 100 °C. A depth characterization procedure was applied in all raw materials and blend used in this work. The performance of the obtained geopolymer was observed over mechanical strength, physical properties, dimensional stability, and microstructural analysis. The experimental procedure enabled a closely understand of the geopolymeric synthesis and kinetics, influence of specific aspects on the geopolymerization and final properties, and the role of iron in this process. The experimental results showed that the geopolymer based on iron ore tailings is an efficient binder with interesting properties to construction industry. Finally, the geopolymers derived from iron ore tailings rise as an interesting construction material.
Arquitetura pré-hospitalar pública : estratégias de otimização da produção em Light Steel Framing com ênfase na flexibilidade dos espaços.
(2019) Melo, Mirvane Vasconcelos Santos; Souza, Henor Artur de; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Gonçalves, Gislayne Elisana; Ferreira, Franciele Maria Costa; Teobalto, Izabela Naves Coelho
O projeto arquitetônico de um ambiente assistencial à saúde tem características muito específicas e deve contemplar um programa físico-funcional o mais adequado possível, independentemente da tipologia e do sistema de construção utilizado. O espaço hospitalar deve ser uma construção multifacetada, onde interagem atividades e relações diversas, ao mesmo tempo e em um único edifício, 24 horas por dia e 365 dias por ano. A produção em Light Steel Framing (LSF) ainda ocorre de acordo com a facilidade de absorção da tecnologia neste sistema de construção, como treinamento de mão de obra, montagem e logística. Nesta tese propõe-se estabelecer estratégias de otimização da produção de unidades pré-hospitalares em LSF para nortear o trabalho dos profissionais, com ênfase na flexibilidade dos ambientes. O desenvolvimento da pesquisa envolve revisão bibliográfica e documental específicas incluindo a aplicabilidade do sistema de construção LSF nestas tipologias e sobre a legislação vigente no país e análise de três estudos de casos no estado de Minas Gerais como base de dados. Nestes estudos de caso são utilizadas entrevistas com os gestores das unidades e aplicação de questionários aos usuários como forma de uma avaliação de diagnóstico real dos ambientes. Para que se alcance uma arquitetura hospitalar mais flexível e que outras edificações possam ser adaptadas seguindo a recomendação da ANVISA, são propostos: módulos básicos infraestruturais em LSF, considerados multiuso que atendem a todo programa inicial de dimensionamento dos ambientes comuns a várias tipologias hospitalares; ambientes a partir da reversibilidade do sistema de construção para a arquitetura hospitalar patrimonial específica; Estabelecimentos Assistenciais à Saúde (EASs) descentralizados considerando a flexibilidade dos módulos propostos em LSF; e , por fim, uma ferramenta simplificada de retroalimentação pós-ocupação para EASs.
Método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta.
(2021) Caetano, Lucas Fonseca; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Tribess, Arlindo; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Gomes, Adriano Pinto
A busca pela diminuição no impacto que as edificações promovem no consumo de energia é crucial para a elaboração de projetos que proporcionem maior conforto térmico e, ao mesmo tempo, controlem o consumo de energia nas edificações. A crescente tendência de aplicação da tecnologia do aço como sistema estrutural no Brasil conduz ao estabelecimento de critérios e métodos para evitar as perdas térmicas por meio desse material, que atua como ponte térmica, o que pode favorecer a um aumento dos gastos de energia para aquecimento e/ou resfriamento dos ambientes. Neste trabalho é proposto e implementado um método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta. O método consiste em aplicar as normas de cálculo de pontes térmicas EN ISO 10211 e EN ISO 14683 a partir de um modelo de parede equivalente, possibilitando a avaliação por meio de simulações computacionais utilizando o EnergyPlus. São analisados quatro casos de simulação computacional: Caso 1 – desconsidera-se a presença de pontes térmicas na edificação; Caso 2 – estrutrura de aço exposta isolada termicamente; Caso 3 – avalia-se o efeito da ponte térmica plana; e Caso 4 – consideram-se as pontes térmicas a partir da aplicação das normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683. Aplica-se o método em quatro cidades brasileiras (Curitiba/PR, Belo Horizonte/MG, Ouro Preto/MG e Santa Maria/RS), em um ambiente condicionado artificialmente, no qual é feito também, via medições, o monitoramento das temperaturas superficiais internas da envoltória, da temperatura interna do ambiente e do consumo de energia com resfriamento e aquecimento do ambiente. Os resultados obtidos indicam que a carga térmica de resfriamento do ambiente é a que sofre maior influência das pontes térmicas na envoltória da edificação, aumentando cerca de 27,2% ao se considerar o dia típico de projeto de verão de Curitiba. Isso implica em custos adicionais para resfriamento do ambiente, podendo chegar a até 38% de aumento em um ano. O isolamento térmico da estrutura exposta implica em uma redução de cerca de 32% do consumo de energia anual para resfriamento do ambiente para essa mesma Zona Bioclimática. A análise experimental mostra que as diferenças entre as temperaturas superficiais da estrutura em aço exposta e da parede são bem acentuadas. No verão, há uma diferença de até 13,9 °C no período diurno. No inverno, essa diferença chega a 7,5 °C à tarde e 3,0 °C à noite, o que pode ocasionar problemas para a envoltória da edificação. Estes resultados evidenciam a necessidade de se buscar alternativas que minimizem os ganhos e/ou perdas de calor através das pontes térmicas, ou até mesmo tratá- las com um isolamento térmico apropriado, reduzindo custos para condicionar os ambientes e prevenindo a propensão de patologias na envoltória dos edifícios estruturados em aço.
Alternativa arquitetônica projetual de estrutura de cobertura em aço inoxidável para edificações cobertas por telhas de aço inoxidável.
(2020) Oliveira, Géferson Diogo de; Souza, Henor Artur de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Souza, Henor Artur de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Fernandes, Walliston dos Santos; Gomes, Adriano Pinto; Ferreira, Franciele Maria Costa; Menezes, Lucas Veloso de
A construção estruturada em aço apresenta grande espaço para o desenvolvimento da construção civil, prometendo racionalização, menor tempo de execução, geração de resíduos e impacto ambiental, podendo então proporcionar um desempenho global adequado da obra. As características e o desempenho do sistema de cobertura empregado são também fatores importantes na eficiência do ambiente construído, sendo as coberturas estruturas que se definem pelo formato, observando as características de função e forma das edificações, atendendo a funções utilitárias, estéticas e econômicas e tendo como função principal a proteção das edificações contra a ação das intempéries e radiação solar. No mercado nacional existe uma significativa quantidade de sistemas de coberturas industrializadas e o aço inoxidável é uma das opções, apresentando características positivas únicas quando utilizado também na estrutura de sustentação da cobertura. Assim sendo, neste trabalho propõe-se uma alternativa arquitetônica projetual de uma estrutura de cobertura em aço inoxidável que utilize telhas também em aço inoxidável, com ênfase em coberturas para ginásios poliesportivos. No desenvolvimento do trabalho toma-se como referência dois ginásios poliesportivos existentes, mas com estrutura da cobertura em aço ASTM-A36. O sistema de cobertura proposto utiliza cabos e perfis leves em aço inoxidável comercial, o que diminui o peso e naturalmente o preço final da estrutura da cobertura. Obtém-se uma estrutura que apresenta viabilidade técnica, analisada por meio da verificação do seu comportamento em relação aos esforços e deslocamentos gerados pelas combinações dos esforços atuantes seguindo as recomendações de segurança da norma. Verifica- se que, aplicando-se a estrutura em aço inoxidável proposta neste trabalho, ela custaria 42% da estrutura original em aço inoxidável. E esse custo tende a ser minimizado devido à maior durabilidade e consequente redução de gastos com manutenção desse tipo de aço.
Reinserção do resíduo de construção e demolição na cadeia produtiva da construção civil em Rio Branco – Acre.
(2021) Souza, Fernando da Silva; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Lima, Esperidião Fecury Pinheiro de; Carvalho, José Maria Franco de; Oliveira, Marconi Gomes de; Aguilar, Maria Teresa Paulino de
Os impactos ambientais, econômicos e sociais causados pelos resíduos de construção e demolição (RCD) na cidade de Rio Branco (capital do Acre, Estado Federal da região amazônica) alinhado à escassez de jazidas de agregados e as demandas sociais de pavimentação e de habitação para a construção civil torna a produção e utilização de agregados reciclados uma alternativa de grande interesse. Nesse cenário, o presente estudo avaliou a viabilidade técnica, econômica e ambiental para a reciclagem do RCD com fins de aplicação em construção civil e pavimentação. Para isto, foram realizadas visitas periódicas e sistemáticas aos canteiros de obras para formulação dos índices representativos da geração e composição do RCD, análise de viabilidade econômica da usina de reciclagem, discussões sobre o impacto ambiental no aterro de inertes, coletas de resíduos em obras nas fases de estruturas, alvenaria e acabamento para produção de agregados reciclados avaliados em 10 composições distintas, realizando ensaios tecnológicos de requisitos visando à obtenção das propriedades físicas e mecânicas para aplicação em matrizes cimentícias de cimento Portland e estrutura de pavimentos, avaliação da inserção do agregado reciclado nas demandas sociais prioritárias para construção civil (habitacional) e construção pesada (infra-estrutura de pavimentação), verificação da gestão atual do RCD e elaboração de ações e diretrizes, políticas de reciclagem e propostas de metas a serem alcançadas para buscar promover um gerenciamento efetivo e eficaz do RCD. Dentre os resultados, foram encontrados uma geração de RCD por área construída de 0,22 t/m2 para novas construções e 0,41 t/m2 para reformas, onde 100% do RCD foi considerado reutilizável e/ou reciclável. Indicadores econômicos mostraram viabilidade para a instalação de uma usina de reciclagem com capacidade de processamento de 90 t/h. Impactos ambientais deixarão de ocorrer no aterro de inertes com a implementação da usina de reciclagem. Os agregados reciclados de RCD em forma de areia, pedrisco, brita, rachão e bica corrida mostraram-se tecnologicamente viáveis para aplicação segura em argamassas, concretos e camadas de estruturas de pavimentos apresentando propriedades satisfatórias e até melhores do que as convencionais. A cidade demanda a construção de até 46 mil moradias e a pavimentação de 550,5 km de vias de produção do setor primário. Ações e diretrizes, políticas de reciclagem e metas são necessárias para a correta gestão do RCD, dentre elas uma legislação específica com cumprimento obrigatório, obrigatoriedade da triagem na origem da geração com pagamento de taxa de deposição, obrigatoriedade do uso de agregados reciclados em obras públicas, incentivos fiscais para instalação de empreendimentos dedicados a reciclagem, contratação de fiscais de carreira para ações fiscalizatórias, adoção de selos de sustentabilidade que certifiquem empresas de construção civil e estabelecimento de cotas sociais de agregados reciclados para famílias de baixa renda e aplicação em vias de produção do setor primário. Assim, a proposta de reinserção do RCD na cadeia produtiva é de grande interesse para a construção civil amazônica, considerando a escassez, os elevados custos das matérias-primas e a necessidade de definir e consolidar um modelo de desenvolvimento sustentável para a região amazônica.
Estudo micro e macroestrutural de concretos brasileiros a partir da década de 1960.
(2022) Natalli, Juliana Fadini; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Bertini, Alexandre Araújo; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Bertini, Alexandre Araújo; Thomaz, Ercio; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Aguilar, Maria Teresa Paulino de
O concreto é um dos materiais mais importantes da construção civil, a partir do qual os elementos são facilmente moldados em diversas formas e tamanhos. Sua intensa utilização no século XX, o transformou em um dos materiais mais consumidos do mundo, cujo desenvolvimento sempre esteve associado ao crescimento industrial e urbano. A evolução tecnológica do concreto, possibilitada pelo desenvolvimento do cimento Portland e pelos avanços do conhecimento da microestrutura da pasta, se reflete em mudanças nas propriedades do material e em sua microestrutura ao longo das décadas. Dessa forma, este estudo propõe uma caracterização macro e microestrutural de concretos brasileiros das décadas de 1960, 1970, 1980, 1990, 2000, 2010 e 2020. Pretende-se identificar mudanças que ocorrem com a idade das matrizes e de acordo com a época em que foram executadas, conforme as modificações na tecnologia do concreto. As amostras analisadas foram provenientes de edifícios de concreto armado de cada uma das décadas em questão localizados nas cidades de Juiz de Fora (MG) e de Fortaleza (CE). De cada edifício, foram selecionados dois pilares próximos localizados nas áreas externas das edificações para a realização de análises não destrutivas (pacometria e esclerometria) e para a extração de dois corpos de prova cilíndricos (42 mm de diâmetro x 100 mm de altura) por estrutura selecionada. Dois corpos de prova foram ensaiados à resistência à compressão e os outros dois foram analisados quanto às profundidades de carbonatação e penetração de cloretos, velocidade de pulso ultrassônico, DRX, TG/DTA, MEV e FTIR. As caracterizações realizadas permitiram a criação de um banco de dados referentes às propriedades mecânicas, químicas e mineralógicas de concretos produzidos desde a década de 1960 até os anos de 2020. O conjunto de resultados experimentais, juntamente com a base histórica desenvolvida podem servir de base para a datação de concretos brasileiros. Dessa forma, esse trabalho representa o passo inicial para a construção de uma metodologia de datação.
Probabilidade de colapso e calibração do fator de resistência de estruturas reticuladas planas de aço.
(2022) Mapa, Danilo Luiz Santana; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Neves, Francisco de Assis das; Sousa Junior, João Batista Marques de; Brandão, André Luis Riqueira
As técnicas atuais de análise avançada consideram nas análises estruturais as não linearidades física e geométrica para obter a carga de colapso da estrutura de aço. A verdadeira resistência de uma estrutura de aço não pode ser prevista de forma precisa, devido às incertezas presentes nas variáveis de projeto mais significativas. As normas de projeto de estruturas de aço aplicam um fator de resistência para compensar as incertezas presentes nas variáveis de projeto e assim assegurar um índice alvo de confiabilidade estrutural. Esta tese analisa a probabilidade de colapso de quatro estruturas reticuladas planas de aço sujeitas a ações gravitacionais por análise estrutural avançada. Para calcular a probabilidade de colapso das estruturas planas de aço, foi utilizado o método analítico FORM (First Order Reliability Method). As análises avançadas foram realizadas utilizando o sistema computacional CS-ASA e foram consideradas a não linearidade geométrica, inelasticidade do aço e tensões residuais. As probabilidades de colapso das estruturas foram avaliadas para os fatores de resistência atuais das normas americana AISC 360 (AISC, 2016) e brasileira ABNT NBR 8800 (ABNT, 2008). Esses fatores de resistência foram posteriormente calibrados, visando alcançar índices alvo de confiabilidade determinados para cada estrutura. O presente estudo sugere valores para os fatores de resistência a serem adotados no projeto das estruturas analisadas. Conclui-se que os fatores de resistência das normas de projeto podem ser insuficientes para a obtenção de determinados índices alvo de confiabilidade para as estruturas planas de aço investigadas.
Análise via Método dos Elementos de Contorno (MEC) de elementos estruturais compósitos de seções genéricas e rigidez variável submetidos a torção não uniforme.
(2022) Hillesheim, Maicon José; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Neves, Francisco de Assis das; Silva, Amilton Rodrigues da; Telles, José Cláudio de Faria; Wrobel, Luiz Carlos
Algoritmos capazes de simular com exatidão o comportamento de estruturas de materiais compósitos demandam grande esforço computacional, sobretudo em casos de sólidos tridimensionais com geometrias complexas. Nesse contexto, este trabalho se propõe a desenvolver um elemento finito unidimensional, fundamentado em teoria de vigas, capaz de reconstituir a resposta de sólido 3D para barras de seção heterogênea e variável submetidas a torção não uniforme. Nessa abordagem, dois modos de empenamento são considerados, o primeiro descrito pela equação diferencial de Laplace o segundo, pela equação de Poisson, as quais são resolvidas através de uma formulação bidimensional do MEC. Ao longo do comprimento, o problema é descrito por um sistema de equações diferenciais ordinárias cujas variáveis independentes são as parcelas primária e secundária do ângulo de torção. Nesta pesquisa, essas equações são solucionadas de maneira inédita através do Método dos Resíduos Ponderados (MRP). Em formulações do MEC, a heterogeneidade da seção transversal demanda o emprego de uma estratégia de decomposição de domínio. Para isso emprega-se uma técnica de subestruturação genérica de modelos de elementos de contorno (BE-SBS), que possibilita trabalhar com um número qualquer de subdomínios. Um aspecto relevante dessa técnica é o uso de solvers de Krylov, que possibilitam eliminar operações com grandes blocos de zeros, ocasionando grande otimização dos recursos computacionais. Além disso, a técnica conta com elementos descontínuos e algoritmos especiais de integração, viabilizando de forma unificada o tratamento de seções envolvendo domínios esbeltos ou espessos. Diversos exemplos são apresentados para demonstrar a acurácia, eficiência e robustez das formulações desenvolvidas.
Análise não linear geométrica de pórticos planos e espaciais com elementos não prismáticos de seção qualquer, descritos segundo a formulação de Timoshenko.
(2022) Ribeiro, Iara Souza; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Silva, Kátia Inácio da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Greco, Marcelo; Gonçalves, Paulo Batista
O presente trabalho propõe uma estratégia unificada para obtenção das matrizes de rigidez elástica e geométrica de elementos não prismáticos de pórtico plano e espacial, com seções transversais de geometrias arbitrárias. O método proposto se fundamenta na utilização do Princípio das Forças Virtuais (PFV), a partir do qual, com base na teoria de vigas de Timoshenko, é possível se obter as expressões exatas para as matrizes de propriedades estruturais dos elementos. Para o cálculo dos coeficientes que dependem da deformação da estrutura, como os da matriz de rigidez geométrica, utilizam-se as funções de forma de Timoshenko. Estas são obtidas a partir de um processo que considera os casos mais gerais de variação de rigidez da seção. Além disso, também é apresentada uma formulação para incluir ligações semirrígidas e apoios elásticos, com relações constitutivas fisicamente não lineares. A validação da formulação proposta é realizada a partir de análises geometricamente não lineares de pórticos planos e espaciais em aço. Nesta etapa, exemplos clássicos da literatura e estruturas reais são abordados.
Recomendações para o aperfeiçoamento dos sistemas de construção industrializados que utilizam aço, com ênfase em fechamento metálico.
(2019) Faria, Marcela Assunção; Souza, Henor Artur de; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Moreira, Thiago Augusto Araújo; Marques, Aline Calazans
A baixa qualidade dos ambientes internos das edificações no país está diretamente relacionada a uma resposta inadequada dos sistemas de construção usuais aos condicionantes climáticos do local onde a edificação está inserida. O resultado desse baixo desempenho térmico de edificações residenciais ocasiona o aumento de consumo de energia pelo uso de condicionamento artificial para que os usuários alcancem o conforto desejado e esperado. O Brasil possui uma diversidade climática muito grande, com diferentes demandas para o desempenho térmico ideal, em que as variáveis que impactam no desempenho térmico têm influências diferenciadas dependendo da localidade e tipo de envoltória. Neste sentido, todos os conceitos de arquitetura bioclimática devem estar de acordo com os materiais e com o processo de construção utilizado. Quando não é feito um estudo prévio do desempenho térmico de uma edificação na fase de projeto, os efeitos desagradáveis ao usuário aparecem depois que a edificação está pronta, e trazem consigo problemas como temperaturas internas altas demais no verão ou baixas demais no inverno acompanhando as oscilações externas nos ambientes internos. Notam-se estudos sempre para edificações multifamiliares e no setor de habitação social, sendo também de igual importância o seguimento residencial unifamiliar de médio para alto padrão por ser exatamente o seguimento que não poupa gastos energéticos para atingirem seu máximo conforto interno, por maior tempo possível, um setor que não apresenta crise financeira e cresce constantemente. Nesse sentido a necessidade de incentivar novas práticas aplicáveis ao setor residencial unifamiliar é uma necessidade urgente, que tem pouca visibilidade tanto no ensino quanto na prática. Essa pesquisa traz recomendações a partir de simulações numéricas utilizando o programa Energyplus (versão 8.9.0), conforme os requisitos na norma NBR 15.575 e visando o conforto térmico do usuário, testando dois novos produtos na aplicação para fechamento externo no setor residencial unifamiliar, os painéis compósitos ACM (Aluminium Composite Material) e as telhas termoacústicas (sanduíche). São analisados os resultados encontrados para os dias típicos de inverno e verão correspondentes às oito zonas bioclimáticas e comparados com as recomendações da norma NBR 15.575, gerando um modelo fatorial duplo para as três zonas bioclimáticas críticas, ZB1 cidade representativa Curitiba, na análise do inverno, ZB3 cidade representativa São Paulo inverno e verão, e para a ZB8 cidade representativa Manaus na análise de verão. Utiliza-se o experimento fatorial abrangendo as principais variáveis de desempenho térmico como absortância, ventilação natural e propriedades termofísicas da envoltória. Os resultados obtidos são significativos: observa-se que a telha termoacústica mantém a temperatura estável independente das oscilações externas, enquanto os painéis de ACM acompanham as oscilações externas, não correspondendo às expectativas de conforto e necessitando de outras estratégias para adequar o desempenho térmico.
Análise numérica da condução de calor através do sistema de fechamento vertical em Light Steel Framing.
(2020) Muzzi, Thassiana Armond; Souza, Henor Artur de; Souza, Henor Artur de; Rodrigues, Eliana Ferreira; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Tribess, Arlindo; Evangelista, Wemerton Luis
No Brasil, a construção civil ainda é caracterizada pela baixa produtividade e principalmente pelo grande desperdício. Porém, o mercado tem sinalizado que essa situação está sendo alterada e que o uso de novas tecnologias de construção e materiais é a melhor forma de permitir a industrialização e a racionalização dos processos de construção. O sistema Light Steel Framing (LSF) tem sido utilizado intensamente, há mais de trinta e cinco anos, nos Estados Unidos, Inglaterra, Austrália, Japão e Canadá. No Brasil o sistema LSF foi introduzido no final da década de 1990 e está ainda passando por um processo de aceitação no mercado da construção civil nacional e de desenvolvimento técnico, mas ainda existem dúvidas em relação ao detalhamento no projeto e na execução dos sistemas complementares de fechamento e também quanto ao seu desempenho térmico. Tendo em vista esses aspectos, neste trabalho obtém-se a distribuição de temperatura em dois tipos de fechamento vertical em LSF, um intermediado por lã de vidro e uma camada de ar e um segundo intermediado somente por lã de vidro, por meio de simulações numéricas no programa computacional ANSYS (versão 17), considerando dias de máxima e mínima temperaturas de bulbo seco em quatro condições climáticas diferentes. Pelos resultados obtidos observa-se que para ambos os fechamentos, o comportamento das temperaturasse apresenta de forma bastante semelhante e com uma diferença numérica máxima de 0,40C na interface gesso acartonado/perfil no horário de maior temperatura externa. Para as temperaturas superficiais internas dos fechamentos obtém-se também uma diferença numérica máxima de 0,50C, no horário de maior temperatura externa. Como o desempenho térmico dos dois fechamentos é bastante similar, tem-se que o fechamento intermediado por ar e lã de vidro se torna mais viável no país pois atende também as expectativas de menores custos e menor impacto ambiental da construção já que utiliza menor quantidade de lã de vidro.
Estudo de ligações T compostas de seções tubulares de paredes esbeltas.
(2020) Guerra, Messias Junio Lopes; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Batista, Eduardo de Miranda; Lima, Luciano Rodrigues Ornelas de; Nunes, Gabriel Vieira; Alves, Vinicius Nicchio
As ligações com perfis de seção tubular em aço possuem características particulares no seu comportamento estrutural que têm sido objeto de diversas pesquisas na área. Contudo, há poucos estudos do comportamento e da resistência das ligações tubulares compostas de paredes esbeltas. Assim, neste trabalho é apresentado um estudo teórico, experimental, numérico e paramétrico de ligações tipo T compostas de perfis tubulares de aço com seções de paredes esbeltas, retangulares para o banzo e circulares para o montante. Os estudos avaliaram a capacidade de carga e o comprimento das ligações, considerando o modo de falha caracterizado pela plastificação da face superior do banzo sob carregamento axial de compressão no montante e tração ou compressão no banzo. No programa experimental, foram ensaiados 28 protótipos, divididos em três séries de dimensões geométricas diferentes e com níveis variados para as cargas axiais. Foi também realizado um estudo experimental da influência do comprimento do banzo nos resultados visando a definição final dos protótipos de ensaio. Os valores dos deslocamentos medidos por transdutores posicionados nas faces do banzo foram utilizados para determinação da capacidade de carga da ligação e utilizando o critério de deslocamento limite. Modelos numéricos foram desenvolvidos em elementos finitos por meio de programa comercial e validados com resultados experimentais de carga e deslocamento nas faces do banzo. Inicialmente, a validação foi realizada com resultados de pesquisa anterior e, posteriormente, com os resultados experimentais desta pesquisa. Os resultados indicaram uma boa correlação experimental-numérica, permitindo a realização do estudo paramétrico, por meio das variações dos carregamentos axiais e dos parâmetros geométricos  (relação entre o diâmetro do montante e a largura do banzo) e 2 (relação entre a largura do banzo e sua espessura) da ligação. O estudo paramétrico propiciou a obtenção de adequações do fator de redução da capacidade de carga da ligação das proposições teóricas de prescrições internacional e nacional (ISO 14346 e NBR 16239). A equação obtida considera carga axial de tração e compressão no banzo, englobando a classe dos perfis de seção esbelta. Os valores de capacidade de carga obtidos numericamente foram comparados com os calculados pela equação proposta e pelas equações normativas. A equação proposta apresentou melhores resultados estatisticamente, comprovando a sua eficiência e viabilidade para o cálculo da capacidade de carga de ligações T com plastificação da face superior do banzo, sobretudo para os modelos das classes 3 e 4.
Análise inelástica e de segunda ordem de estruturas com restrições bilaterais e unilaterais de contato.
(2021) Silva, Jéssica Lorrany e; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Nogueira, Christianne de Lyra; Araújo, Francisco Célio de; Gonçalves, Paulo Batista; Ferreira, Walnório Graça
Este trabalho apresenta uma metodologia numérica com base em uma formulação em deslocamento para simular o comportamento não linear 2D de elementos estruturais em aço, de concreto e mistas de aço e concreto. São abordadas fontes de não linearidades, como: os efeitos de segunda ordem e a inelasticidade. Vale ressaltar a adoção do referencial corrotacional na formulação não linear geométrica de elementos finitos, baseadas na separação explícita entre movimentos de corpo rígido e os que causam deformação. A inelasticidade é modelada considerando a plasticidade concentrada nos nós dos elementos finitos. Assim, a simulação do comportamento não linear dos materiais, incluindo a determinação da capacidade resistente das seções é abordada através do Método de Compatibilidade de Deformações, onde as relações constitutivas dos materiais são utilizadas explicitamente. Além disso, a presente abordagem numérica não se limita a uma tipologia transversal específica e pode ser usada para análise de diferentes seções transversais. Em conjunto é realizado um estudo da resposta não linear de sistemas envolvendo a interação solo-estrutura (solo/rocha), com o intuito de fornecer uma modelagem numérica mais realística do problema de engenharia (estrutural/geotécnico). Essa interação pode ser considerada de duas formas diferentes em função da resposta do meio geológico, como: bilateral e unilateral. Finalmente, apresentam-se análises numéricas avançadas de estruturas de aço, de concreto e mistos de aço e concreto, para diferentes seções transversais; e análises de sistemas mecânicos com interação solo-estrutura. Os resultados obtidos são comparados com respostas numéricas e experimentais presentes na literatura. Verificou-se nos exemplos simulados que a formulação numérica proposta é estável com boa concordância com dados numéricos e experimentais da literatura.
Avaliação numérica do comportamento não linear e resistência de estruturas mistas de aço e concreto em situação de incêndio.
(2021) Barros, Rafael Cesário; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Chiorean, Cosmin-Gruia; Landesmann, Alexandre; Carvalho, Hermes; Maximiano, Dalilah Pires
A presente pesquisa tem como objetivo principal a avaliação numérica do desempenho de estruturas mistas de aço-concreto em situação de incêndio. A capacidade resistente dos materiais que compõem as vigas, colunas e pórticos mistos, no caso o aço e o concreto, fica comprometida quando expostos a condição de elevadas temperaturas, uma vez que suas características físicas e de resistência se deterioram em função da elevação da temperatura. Desse modo, os dois módulos computacionais, CS-ASA/FA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Analysis) e CS-ASA/FSA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Structural Analysis) são desenvolvidos e adaptados para a análise não linear de estruturas mistas sob temperaturas elevadas. O primeiro módulo calcula o campo de temperatura em seções transversais quaisquer de aço, concreto armado e mistas, de onde se pode obter também a degradação das propriedades desses materiais expostos ao fogo. O segundo é desenvolvido para realizar análises inelástica de segunda ordem (AISO) de estruturas em situação de incêndio. No contexto da AISO via método dos elementos finitos (MEF), é empregado uma formulação corrotacional para acompanhar os grandes deslocamentos e rotações do sistema estrutural. Já o comportamento elasto-plástico do material é simulado através do acoplamento do Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) com o Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). A metodologia numérica proposta é avaliada e testada com sucesso na análise de vigas, pilares e pórticos planos de aço-concreto em situação de incêndio utilizando os resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Finalmente, o estudo numérico é complementado com a AISO de arcos de aço e estruturas de concreto armado em situação de incêndio.
Estudo de ligações tipo luva em perfis tubulares.
(2018) Amparo, Lucas Roquete; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Carvalho, Hermes; Carvalho, Eliane Maria Lopes; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Alves, Vinicius Nicchio
O uso de estruturas com perfis tubulares tem ganhado espaço na construção civil principalmente devido ao desempenho estrutural associado a resistência as forças axiais e alta rigidez torcional. O processo de fabricação e transporte de estruturas metálicas condiciona o comprimento dos perfis a valores máximos que em muitos casos não correspondem ao vão da edificação. Assim, tem-se a necessidade de utilização de algum mecanismo que possibilite a emenda dos perfis/elementos, e então obter o comprimento desejado. Nesta pesquisa apresenta-se um estudo teórico, numérico e experimental de uma nova tipologia de ligação de emenda de perfis tubulares, denominda por ligação luva. Sua composição é formada por perfis tubulares estruturais de aço, com seção transversal circular. A ligação dos tubos é feita utilizando-se um tubo adicional de menor diâmetro posicionado internamente aos tubos, e conectados por meio de parafusos passantes. Os parafusos podem estar posicionados de forma alinhada (em eixo) ou cruzada (em eixo cruzados). No programa experimental foram avaliados 43 protótipos da ligação luva com parafusos alinhados e com parafusos cruzados. A avaliação dos resultados experimentais contribuiu para o entendimento do comportamento da ligação luva e permitiu o desenvolvimento e calibração dos modelos numéricos. Com uso de um programa computacional, em elementos finitos, Ansys, foi desenvolvido um modelo numérico calibrado com os resultados experimentais, sendo esse a base para o estudo paramétrico. Na análise numérica paramétrica foram simulados e analisados um total de 374 modelos numéricos, considerando a ligação luva com parafusos alinhados e com parafusos cruzados. Dessa forma, a partir dos resultados numéricos, foi possível identificar e analisar adequadamente os possíveis modos de falhas da ligação: escoamento da seção bruta, ruptura da seção líquida, cisalhamento dos parafusos, ovalização dos furos e flexão dos parafusos, bem como limites geométricos de utilização da luva. Em seguida foram propostas formulações para os modos de falha da ligação com parafusos alinhados e cruzados e os bons resultados, demonstram a viabilidade da utilização dessa nova tipologia de ligação.

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