Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil

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Análise avançada dinâmica de pórticos planos de aço
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-02-08) Viana, Harley Francisco; Silva, Renata Gomes Lanna da; Martins, Cláudio José; http://lattes.cnpq.br/2395411911546232; http://lattes.cnpq.br/1852330407141788; Renata Gomes Lanna da Silva; Cláudio José Martins; Peter Ludvig; Samuel Silva Penna
As estruturas de aço são geralmente projetadas para edificações industriais e comerciais, uma vez que apresentam elevada relação resistência/peso e excelente ductilidade. Tal sistema construtivo possui elevada esbeltez e leveza, e, por isso, fazse necessária a sua verificação estrutural considerando ações dinâmicas e efeitos de segunda ordem. Durante a fase de projeto, são realizadas análises para obtenção das respostas da estrutura e para o dimensionamento dos elementos estruturais. Por meio da utilização de programas computacionais, pesquisadores têm obtido resultados mais condizentes com o comportamento real das estruturas. Esses softwares, fazendo o uso de métodos de análise avançada, são capazes de considerar, simultaneamente, diferentes causas para o comportamento não linear da estrutura e diferentes tipos de carregamentos, sendo, portanto, menos conservadores e mais eficazes. No caso de estruturas leves e esbeltas, os efeitos de cargas dinâmicas são mais pronunciados e, portanto, não podem ser negligenciados durante a análise. Assim, nessas situações, uma análise rigorosa, baseada nos conceitos de Análise Avançada, torna-se ainda mais necessária. O objetivo da presente pesquisa é apresentar um estudo do comportamento dinâmico, via integração no domínio do tempo, de pórticos planos de aço, considerando a não linearidade física e geométrica. As análises transientes não lineares são realizadas por meio do programa PPLANLEP, que é baseado no método dos elementos finitos. A metodologia numérica proposta leva em conta o escoamento gradual do aço na seção transversal e ao longo do comprimento das barras, as tensões residuais e os efeitos de segunda-ordem P-∆ e P-δ. Para a solução do problema transiente não linear, é implementado o algoritmo de integração implícita de Newmark (1959) combinado à técnica de Newton-Raphson. A fim de descrever o comportamento tensão x deformação do material, é implementado um modelo elastoplástico bilinear com endurecimento isotrópico. Os resultados das análises realizadas apresentaram uma boa concordância com as soluções numéricas disponíveis na literatura, demonstrando a eficiência do método proposto na obtenção do comportamento dinâmico não linear de estruturas de aço. A partir dos históricos de deslocamentos obtidos pela análise transiente não linear foi possível identificar o surgimento do amortecimento histerético da estrutura em decorrência da energia absorvida durante o processo de deformação plástica dos membros estruturais, com a consequente redistribuição dos esforços internos.
Análise do comportamento estrutural e geotécnico de estruturas em casca cônica empregadas como fundação para aerogeradores onshore
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2021) Freitas, Ludmylla Faria de; Martins, Cláudio José; http://lattes.cnpq.br/2395411911546232; Cláudio José Martins
A energia eólica vem ganhando cada vez mais relevância como uma das principais alternativas de energia renovável. Entretanto, um dos principais desafios na construção de aerogeradores é um projeto de fundação que, além de satisfazer as exigências estruturais e geotécnicas exigidas, seja economicamente viável. As estruturas em casca, pouco exploradas como fundações de aerogeradores, podem se apresentar como alternativa estrutural e economicamente mais eficiente que as estruturas planas. O presente estudo tem como objetivo analisar o comportamento estrutural e geotécnico de cascas cônicas empregadas como fundações em aerogeradores onshore, por meio de análises numéricas utilizando o software SAP2000, baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF). Para tal análise realizouse um estudo de caso em um parque eólico localizado em Campo Formoso – BA e foram desenvolvidos 4 modelos numéricos: (i) sapata plana convencional, adotada no estudo de caso; (ii) fundação em casca cônica nervurada (hcasca=1,00m); (iii) radier nervurado plano (hcasca=0); e (iv) fundação em casca cônica nervurada (hcasca=2,00m). As fundações em casca cônica nervurada atenderam às verificações de capacidade de carga, tombamento, rigidez rotacional, deslizamento, deslocamentos e distorções, apresentando melhores resultados em comparação à sapata plana convencional adotada no estudo de caso. O radier nervurado plano (hcasca=0) não atendeu às verificações de capacidade de carga, tombamento e recalque, indicando que a inclinação contribui no comportamento geotécnico das fundações em casca propostas. Quanto à análise de tensões, as fundações em casca apresentaram maiores tensões de tração e compressão em comparação à sapata plana convencional devido, principalmente, a implementação das nervuras. A fundação em casca cônica nervurada (hcasca=1,00m) apresentou melhores resultados em relação às demais estrutura em casca analisadas no presente estudo, apresentando baixa variabilidade de tensões de tração e compressão em comparação à sapata plana convencional, além de uma redução do volume de concreto em até 30%, validando o potencial de economia das fundações em casca, bem como a usabilidade de fundações em casca para aerogeradores onshore.
Análise modal do Viaduto Montese: calibração de um modelo em elementos finitos e comparação com prova de carga estática
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-02-20) Santos, Felipe Carvalho Silva; Martins, Cláudio José; http://lattes.cnpq.br/2395411911546232; Cláudio José Martins; Walnório Graça Ferreira; Eliene Pires Carvalho; Renata Gomes Lanna da Silva
A análise modal operacional é uma metodologia amplamente utilizada para identificar os parâmetros modais de estruturas sem que seja interrompido o seu funcionamento. Nas estruturas civis esta metodologia é utilizada em conjunto com um modelo em elementos finitos o que permite o monitoramento e detecção do dano estrutural, além da determinação de como estas patologias afetam a performance da estrutura real. No presente trabalho é apresentada a análise modal operacional do viaduto Môntese. Foram medidas as acelerações de 16 pontos no viaduto nas 3 direções ortogonais a uma taxa de amostragem de 50Hz. Aplicou-se o algoritmo SSI-COV para a identificação das frequências naturais da estrutura. Dois modelos em elementos finitos da estrutura, considerando e não considerando a protensão, foram desenvolvidos para serem calibrados com as frequências encontradas na análise modal. Estes modelos foram testados com a simulação da prova de carga estática que foi executada no viaduto antes da sua liberação para o uso. A calibração dos dois modelos foi realizada com sucesso. Os erros obtidos para as frequências são relativamente baixos para a maioria dos modos contudo em alguns modos é superior a 10%. Apesar de na simulação da prova de carga estática serem observadas divergências em relação ao comportamento da estrutura, a melhoria obtida no modelo foi considerada satisfatória em função da qualidade dos dados disponíveis.
Análise numérica do comportamento estrutural de pórtico de aço com ligação semirrígida
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-31) Fonseca, Nathalia Alves Dornellas; Moita, Gray Farias; Silva, Renata Gomes Lanna da; http://lattes.cnpq.br/1852330407141788; http://lattes.cnpq.br/2550201329788172; Gray Farias Moita; Renata Gomes Lanna da Silva; Cláudio José Martins; Armando César Campos Lavall
As ligações desempenham papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço, pois influenciam na distribuição dos esforços internos e na estabilidade estrutural. Tradicionalmente, as ligações estruturais são consideradas na análise admitindo o comportamento como idealmente rotulado ou perfeitamente rígido, de forma a simplificar os cálculos e reduzir consideravelmente o tempo necessário para elaboração dos projetos. Entretanto, o comportamento da maioria das ligações se enquadra entre estes dois extremos, sendo do tipo semirrígido. O comportamento das estruturas em aço pode ser obtido por modelos numéricos, incluindo-se efeitos da não linearidade geométrica, do material e das ligações. O trabalho tem como objetivo apresentar um estudo do comportamento elastoplástico de um pórtico simples de aço com ligação com chapa de extremidade ajustada considerando os conceitos da Análise Avançada pelo programa LUSAS. Inicialmente, foram realizadas análises e calibrações dos resultados da ligação com chapa de extremidade ajustada. Os resultados obtidos na análise numérica da ligação foram satisfatórios quando comparados com os resultados da análise experimental. A curva momento x rotação relativa da ligação apresentou boa concordância dos resultados, indicando uma boa representatividade do comportamento. Posteriormente, esta ligação foi inserida no pórtico simples visando validar o modelo em elementos finitos tridimensional não linear realizado pelo programa. Os resultados obtidos na análise numérica do pórtico simples também foram consistentes. Conclui-se que a análise numérica tridimensional pode ser considerada um método de Análise Avançada e sua aplicação pode ser estendida a estudos detalhados do comportamento de estruturas mais complexas, na verificação da precisão de métodos simplificados de análise, na comparação com resultados experimentais e na obtenção de curvas momento x rotação relativa de ligações.
Avaliação de propriedades físicas, químicas e mecânicas em bambus da espécie Dendrocalamus asper após aplicação de ciclos de secagem e molhagem
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-02-01) Amaral, Leo Maia do; Poggiali, Flávia Spitale Jacques; Rodrigues, Conrado de Souza; http://lattes.cnpq.br/2053934196878623; http://lattes.cnpq.br/6824739413179983; Flávia Spitale Jacques Poggiali; Conrado de Souza Rodrigues; Rogério Cabral de Azevedo; Luís Eustáquio Moreira; Daniel Carlos Taissum Cardoso
A busca por alternativas sustentáveis na indústria da construção civil vem se tornando cada vez mais necessária, dado o alto impacto ambiental gerado no consumo de recursos naturais não renováveis e produção de materiais como o aço e o cimento. O bambu se apresenta como opção viável para utilização na construção, abrangendo aspectos ambientais como o sequestro de carbono, recuperação de áreas degradadas e reflorestamento. Além disso, impacta aspectos sociais e econômicos, fomentando o desenvolvimento de áreas periféricas, e possui propriedades físicas e mecânicas que o tornam um material de alta eficiência e resistência. Apesar do potencial, o bambu ainda é pouco utilizado no Brasil devido à falta de normas e procedimentos técnicos bem desenvolvidos e, por se tratar de um material natural, necessita de mais estudos relacionados à sua geometria e aos efeitos de agentes naturais, teor de umidade, insolação, dentre outros, para garantir durabilidade e segurança satisfatórias à estrutura. Dada a higroscopicidade do bambu e a diminuição da resistência do colmo quando submetido a um aumento do teor de umidade, a presente pesquisa avaliou os efeitos da hornificação - gerada por meio da aplicação de ciclos de secagem e molhagem - nas propriedades físicas, mecânicas e químicas do colmo, bem como sua capacidade de retenção e absorção de água e variação dimensional após o tratamento. Os resultados indicaram que a aplicação dos ciclos de molhagem e secagem aumentou a estabilidade dimensional do bambu, embora não tenha sido verificada uma redução da capacidade de absorção de água. Houve manutenção do módulo de elasticidade do material e leve redução da resistência à tração. Ensaios químicos e a análise de microscopia não mostraram alterações significativas na composição do bambu após a aplicação de ciclos de molhagem e secagem.
Determinação das propriedades mecânicas das ligações viga-pilar com chapas de extremidade estendida visando à análise pelo método dos componentes
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-24) Mendes, Frederico Tadeu Castro; Martins, Cláudio José; Silva, Renata Gomes Lanna da; http://lattes.cnpq.br/1852330407141788; http://lattes.cnpq.br/2395411911546232; Cláudio José Martins; Renata Gomes Lanna da Silva; Péter Ludvig; Armando Cesar Campos Lavall
Tradicionalmente, o comportamento das ligações é idealizado como rígido ou rotulado para facilitar a análise e o dimensionamento estrutural. Contudo, a maioria das ligações metálicas apresenta comportamento do tipo semirrígido, situado entre esses dois casos extremos. O conhecimento do comportamento real das ligações viga-pilar proporciona o estabelecimento de novas recomendações de projeto para a determinação das suas propriedades mecânicas e, consequentemente, o desenvolvimento de procedimentos de projeto de estruturas que considerem essa hipótese. As ligações entre vigas e pilares têm grande influência no comportamento global das estruturas, seja com relação à rigidez, à resistência ou à estabilidade. A incorporação dessas ligações na análise estrutural exige uma representação de curvas momento-rotação relativa, capaz de descrever o seu comportamento mediante a ação de esforços solicitantes, principalmente a transmissão de momento fletor. Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento semirrígido de ligações viga-pilar, a partir do modelo mecânico via Método dos Componentes, presente no EN 1993 1 8: 2005, visando à determinação da curva momento x rotação relativa em função dos parâmetros de rigidez, resistência e capacidade rotacional de ligações parafusadas com chapa de extremidade estendida e enrijecedores transversais na alma do pilar. Procedimentos de análises para avaliação desses parâmetros também são apresentados utilizando os critérios da ABNT NBR 8800: 2008 complementada, quando necessário, por normas e recomendações, nacionais e/ou internacionais. Constata-se que, a norma brasileira proporciona um dimensionamento mais conservador da ligação em comparação com os resultados obtidos pela norma europeia. Finalmente, um exemplo numérico de um pórtico plano com ligação viga-pilar com chapa de extremidade estendida e enrijecedores transversais na alma do pilar, variando-se apenas a espessura da chapa, é analisado, visando avaliar a influência do comportamento dessas ligações na distribuição dos esforços solicitantes nos elementos estruturais, nos deslocamentos nodais e na estabilidade global da estrutura. Conclui-se que, embora seja comum entre projetistas considerar as ligações com chapas de extremidade estendida como rígidas, a resposta estrutural dessas ligações pode ser bem diferente do comportamento idealizado.
Influência das forças de protensão nos parâmetros dinâmicos de vigas em concreto
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-02-25) Lucena, Diego Goulart de; Martins, Cláudio José; http://lattes.cnpq.br/2395411911546232; Cláudio José Martins; Alexandre Abrahão Cury; Renata Gomes Lanna da Silva
A identificação das forças de protensão em peças de concreto armado é um tema de interesse de diversas pesquisas, principalmente aquelas ligadas ao monitoramento da integridade estrutural, reforma e manutenção de estruturas e aprimoramento de parâmetros estruturais. Uma das técnicas difundidas para se avaliar esta força de protensão atuante em uma peça é a análise modal operacional. Observa-se, porém, que os estudos de concretos protendidos utilizando a análise modal apresentam diferentes conclusões sobre a influência da carga de protensão nos parâmetros modais de estruturas protendidas. Desta forma, a pesquisa realizada buscou avaliar a influência do carregamento de protensão nos parâmetros modais de seis vigas de concreto protendido destinadas a um viaduto rodoviário utilizando a análise modal operacional. Foram realizadas medições das acelerações das vigas antes e após suas protensões. Nas medições foram utilizados dois conjuntos de acelerômetros triaxiais com taxa de amostragem de 1kHz. Os dados obtidos em campo foram processado de duas maneiras: com um programa computacional desenvolvido em FORTRAN, que utiliza a técnica de decomposição no domínio da frequência, e com o software comercial Artemis que foi configurado para a técnica de identificacão estocástica em subespaço. Com o processamento dos dados foram obtidas as frequências naturais e taxas de amortecimento para cada viga analisada. A comparação entre os parâmetros modais aponta que a protensão pode enrijecer ligeiramente a estrutura na direção desse esforço, devido a mudança do estado de tensões do elemento estrutural.
Manifestações patológicas em edificações em alvenaria estrutural no Município de Belo Horizonte
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-02-09) Dias, Aniel de Melo; Santos, Flávio Antônio dos; Poggiali, Flávia Spitale Jacques; http://lattes.cnpq.br/6824739413179983; http://lattes.cnpq.br/5640767093177688; Flávio Antônio dos Santos; Flávia Spitale Jacques Poggiali; White José dos Santos; Péter Ludvig
A indústria da construção civil é um dos setores que mais empregam no Brasil e tem uma participação significativa no Produto Interno Bruto (PIB) do país. Um dos motivos dessa participação pode ser associado aos incentivos financeiros do Governo Federal, através de créditos imobiliários. As obras que utilizam a alvenaria estrutural representam a maior parte dos financiamentos do plano de crédito imobiliário da Caixa Econômica Federal. Esse sistema se apresenta como uma alternativa para conclusão de obras com custos reduzidos, com maiores possibilidades de lucro para as construtoras. Porém, para obter um resultado satisfatório, garantindo a qualidade das edificações, é necessário o controle eficaz dos componentes e da execução das obras, seguindo um projeto bem elaborado. O descumprimento das normas em cada uma dessas etapas pode provocar o surgimento de manifestações patológicas, comprometendo o desempenho esperado do empreendimento e diminuindo sua vida útil. Nesse contexto, o trabalho estudou essas manifestações nas edificações em alvenaria estrutural localizadas no Município de Belo Horizonte. Através de inspeções prediais, foram identificados os principais problemas construtivos e suas possíveis causas, com o objetivo de propor ações futuras que evitem esses tipos de manifestações patológicas. Foi possível observar que a falta de um planejamento adequado foi um dos principais fatores que contribuiu para o surgimento desses problemas. Apesar de não apresentarem risco imediato às estruturas das edificações, esses problemas causam desconforto e desconfiança aos moradores e podem acarretar consequências mais graves durante a vida útil dos empreendimentos.

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