Estudo sobre modelos de fissuração de peças de concreto armado via método dos elementos finitos

o objetivo desta tese é apresentar dois modelos distintos para representar as fissuras em peças de concreto armado: um do tipo distribuído e outro do tipo incorporado. Os modelos de fissura incorporada se baseiam no conceito de descontinuidades incorporadas dentro do campo de deslocamento do elemento finito padrão. Já nos modelos de fissura distribuída a descontinuidade do campo de deslocamentos causada pela fissura é espalhada ao longo do elemento. O modelo distribuído proposto apresenta um diagrama tensão-deformação multilinear e sua calibragem é feita, segundo o Código Modelo CEB-FIP 1990, através de ensaios de tirantes de concreto armado. O modelo incorporado implementado é baseado no modelo de Dvorlcin, CuiMo e Gioia, o qual não inclui a contribuição da armadura no equilíbrio interno de forças do elemento. A inclusão da parcela da armadura é feita através de um modelo de transferência de tensão por aderência, conforme Russo, Zingone e Romano, Russo e Romano e FIE - Bulletin 10. Para representar o comportamento do concreto intacto, utiliza-se o modelo constitutivo de Ottosen. Trata-se de um modelo elástico não-linear, tridimensional, que utiliza valores secantes dos parâmetros do material. Já para simular o comportamento das barras de aço da armadura, emprega-se o modelo incorporado desenvolvido por Elwi e Hrudey. Neste modelo, permite-se uma disposição arbitrária das barras de aço no interior dos elementos de concreto. O modelo constitutivo adotado para a armadura é do tipo elasto-plástico com endurecimento. Por fim, alguns exemplos numéricos são analisados com o objetivo de comprovar a eficácia dos dois modelos propostos.

Análise numérica de problemas de fratura elástica e elastoplástica

Este trabalho apresenta o método dos elementos finitos em conjunto com métodos numéricos especificos para a solução de problemas de fratura. Esta é uma poderosa ferramenta para a análise de fraturas e soluções confiáveis são obtidas para problemas complexos de Engenharia tanto no campo linear como no não-linear. O elemento finito. implementado é do tipo isoparamétrico quadrâtico da família Serendipity. Com dois graus de liberdade por nó, permite discretizar em estado plano de tensão ou deformação estruturas com geometrias bastante variadas. Para a análise linear são implementadas quatro técnicas consagradas para a avaliação do fator de intensidade de tensão no modo I de fratura: extrapolação de doslocamentos (usando malha somente com elementos convencionais e malha mesclada com elementos especiais), taxa de liberação de energia de defermação, extensão virtual da trinca e o método da integral J, descartando-se neste caso a hipótese de descarregamento. A linguagem de programação adotada é o FORTRAN 77. A entrada de dados é feita por intermédio de arquivos previamente preparados. Os resultados obtidos são confrontados com resultados experimentais e computacionais fornecidos por outros programas. Analisam-se placas, estruturas de uso na indústria e simulam-se ensaios como o corpo de prova de flexão em três pontos e o corpo de prova de tensão. compacto.

Modelo numérico para análise à flexão de elementos estruturais com protensão aderente e não aderente

Na protensão não aderente, a armadura permanece livre para se movimentar ao longo de seu perfil em todas as seções com exceção das de ancoragem. Não há aderência entre concreto e armadura, e a hipótese da compatibilidade de deformações entre o aço e concreto não é aplicável, tornando inviável o desenvolvimento de uma solução analítica. Visando colaborar para a maior compreensão do comportamento à flexão das estruturas com protensão não aderente e para o desenvolvimento de critérios nacionais de projeto, um modelo numérico foi implementado utilizando o elemento finito do tipo híbrido para pórticos planos. Nesta formulação, a equação para as solicitações ao longo do elemento é a função de interpolação, e as forças as variáveis interpoladas. Como esta função resulta das condições de equilíbrio, sem hipóteses arbitrárias, o método é considerado exato para forças e curvaturas. Elementos longos são possíveis, de maneira que um único elemento finito pode ser utilizado para um vão de viga ou pilar, reduzindo o esforço computacional. O caráter exato da formulação contribui para a boa modelagem dos cabos não aderentes, já que a tensão nestas armaduras depende das curvaturas de todas as seções do elemento. O modelo numérico proposto prevê a não linearidade geométrica, carregamentos cíclicos e a construção composta. Relações constitutivas já consolidadas na literatura são empregadas para os materiais. A cadeia de Maxwell é utilizada para representar o comportamento reológico do concreto e do aço de protensão, respeitando as características de envelhecimento de cada material. Inúmeros exemplos são apresentados, permitindo a comparação entre resultados numéricos e experimentais Uma análise paramétrica foi realizada, caracterizando o desempenho do modelo numérico frente a variações nos parâmetros de entrada. Discutem-se, ainda, dois critérios de ruptura para a utilização do modelo numérico no estudo do comportamento à flexão das estruturas com protensão não aderente. Os resultados indicam o bom desempenho do modelo numérico e a sua adequação para a realização de pesquisas sobre o assunto.

Otimização topológica de estruturas bidimensionais contínuas submetidas a restrições de flexibilidade e tensão

Neste trabalho é resolvido o problema da minimização do volume de estruturas bidimensionais contínuas submetidas a restrições sobre a flexibilidade (trabalho das forças externas) e sobre as tensões, utilizando a técnica chamada otimização topológica, que visa encontrar a melhor distribuição de material dentro de um domínio de projeto pré-estabelecido. As equações de equilíbrio são resolvidas através do método dos elementos finitos, discretizando a geometria e aproximando o campo de deslocamentos. Dessa forma, essas equações diferenciais são transformadas em um sistema de equações lineares, obtendo como resposta os deslocamentos nodais de cada elemento. A distribuição de material é discretizada como uma densidade fictícia constante por elemento finito. Esta densidade define um material isotrópico poroso de uma seqüência pré-estabelecida (SIMP). A otimização é feita através da Programação Linear Seqüencial. Para tal, a função objetivo e as restrições são sucessivamente linearizadas por expansão em Série de Taylor. A análise de sensibilidade para a restrição de flexibilidade é resolvida utilizando o cálculo da sensibilidade analítico adaptado para elementos finitos de elasticidade plana. Quando as restrições consideradas são as tensões, o problema torna-se mais complexo. Diferente da flexibilidade, que é uma restrição global, cada elemento finito deve ter sua tensão controlada. A tensão de Von Mises é o critério de falha considerado, cuja sensibilidade foi calculada de acordo com a metodologia empregada por Duysinx e Bendsøe [Duysinx e Bendsøe, 1998] Problemas como a instabilidade de tabuleiro e dependência da malha sempre aparecem na otimização topológica de estruturas contínuas. A fim de minimizar seus efeitos, um filtro de vizinhança foi implementado, restringindo a variação da densidade entre elementos adjacentes. Restrições sobre as tensões causam um problema adicional, conhecido como singularidade das tensões, fazendo com que os algoritmos não convirjam para o mínimo global. Para contornar essa situação, é empregada uma técnica matemática de perturbação visando modificar o espaço onde se encontra a solução, de forma que o mínimo global possa ser encontrado. Esse método desenvolvido por Cheng e Guo [Cheng e Guo, 1997] é conhecido por relaxação-ε e foi implementado nesse trabalho.

Otimização em dois níveis da orientação e da topologia de cascas laminadas

Este trabalho é uma contribuição para o conhecimento de metodologias de projeto de estruturas de material composto, aplicando métodos de otimização estrutural a cascas laminadas e apresentando uma estratégia em dois níveis. No primeiro nível é realizada a minimização da flexibilidade da estrutura, tendo como variável de projeto a orientação de cada lâmina da estrutura. Utiliza-se Programação Linear Seqüencial (SLP) e direção de tensão principal para otimização da orientação. No segundo nível minimiza-se o volume de cada lâmina, usando a flexibilidade total da estrutura como restrição e a densidade relativa como variável de projeto, também através de SLP. Para evitar aparecimento de áreas com densidades intermediárias, utiliza-se um Método de Continuação, dividindo o nível de otimização topológica em duas ou mais etapas. As formulações desenvolvidas permitem a solução de problemas com múltiplos casos de carregamento. Para a solução da equação de equilíbrio de casca laminada, utiliza-se um elemento finito de casca degenerado de oito nós com integração explícita na direção da espessura. A implementação desse elemento é feita de modo a facilitar a obtenção das derivadas da matriz de rigidez, necessárias na linearização das funções objetivo e restrições. Evita-se assim o uso de derivadas numéricas. Resultados para vários tipos de estrutura são apresentados, incluindo comparações entre diferentes carregamentos, condições de contorno, número de lâminas, espessuras, etc. As soluções obtidas, formas de análise e possíveis aplicações são discutidas.

Análise dos fatores influentes na tensão última de protensão em cabos não aderentes

A protensão não aderente é um sistema de pós-tensão caracterizado pela liberdade de deslizamento da armadura em relação ao concreto, ao longo de todo o perfil do cabo, com exceção das ancoragens. Devido à falta de aderência entre aço e concreto, a compatibilidade de deformações dos materiais na seção transversal não existe. O que se verifica é a compatibilidade de deslocamentos, com a equivalência entre os alongamentos do cabo e das fibras de concreto adjacentes ao mesmo. Isto acarreta complexidade no projeto de tais estruturas. No que se refere ao dimensionamento no Estado Limite Último, a tensão atuante nas armaduras não aderentes, também denominada tensão última de protensão, não é, a princípio, conhecida. Para sua obtenção, é fundamental a precisa determinação das curvaturas ao longo do elemento, tornando o desenvolvimento analítico de uma solução, praticamente inviável. Geralmente, são utilizados critérios empíricos para a previsão da tensão última de protensão em armaduras não aderentes. Estes levam em conta na sua formulação, parâmetros considerados como de grande influência no valor da tensão última de protensão. A fim de avaliar a significância de alguns destes fatores no valor da tensão última de protensão, um estudo paramétrico foi realizado. Parâmetros como a taxa de armadura, a tensão efetiva inicial de protensão, a relação entre a altura do elemento e o seu vão e, também, o tipo de carregamento, foram investigados. Para tal, um protótipo foi idealizado por meio de um modelo numérico Este modelo utiliza a formulação de elemento finito do tipo híbrido para pórticos planos, que é caracterizado pela precisa obtenção das curvaturas, e mostrou-se adequado para utilização na presente pesquisa. A análise dos resultados obtidos permitiu a identificação e quantificação da influência dos parâmetros estudados, no valor da tensão última de protensão. A relevância dos valores de tensão obtidos, em função dos parâmetros adotados, na capacidade portante dos elementos, foi também avaliada.

Uma interface visual para modelos de bancos de dados orientados a objetos com suporte para versões

Este trabalho apresenta o projeto de uma interface visual para modelos de bancos de dados orientados a objetos, com suporte para versões. Um requisito importante, não atendido pelas interfaces visuais específicas e genéricas para sistemas orientados a objetos, é a capacidade de definir e manipular versões de um objeto nos vários níveis da hierarquia de classes (herança por extensão, adotada pelo modelo de versões [GOL 95]). As interfaces, que manipulam versões, suportam essa característica no nível mais especializado da hierarquia (herança por refinamento, adotada pelos principais SGBDOOs). Procurando prover a possibilidade do versionamento de objetos nos vários níveis da hierarquia de classes, surgiu a motivação para projetar e desenvolver uma interface visual com funcionalidades de interfaces existentes (específicas e genéricas) e que obedeça às características principais dos Modelos de Dados Orientados a Objetos e do Modelo de Versões [GOL 95], seguindo as características recomendadas para interfaces visuais para MDOOs, propostas em [SIL 96]. Foi implementado um protótipo com algumas das características projetadas para o browser de objeto e seu suporte para versões.

Utilização da terra como ativo de baixo risco, na diversificação de carteiras de investimento

O trabalho investiga, numa perspectiva de risco e retorno, o risco inerente à terra agrícola, em comparação com as ações formadoras do Índice da Bolsa de Valores de São Paulo – IBOVESPA, com vistas a identificar possíveis correlações entre estes ativos, que permitam recomendar a posse do primeiro como elemento redutor do risco do segundo, nos períodos de crise do mercado acionário. Parte do pressuposto que, sendo a terra um bem finito e útil, a sua posse como bem de investimento pode ser, nesta perspectiva, conveniente, independente da forma como se pretenda usá-la, desde que haja a possibilidade de sua comercialização futura. Investiga os elementos determinantes do preço da terra, particularmente as variáveis especulativas que influem na sua comercialização, com vistas a identificar nela, eventuais semelhanças com os demais ativos de risco. Estuda a evolução dos preços da terra de cultura de primeira do Estado de São Paulo, no espaço de vinte anos (1980 a 1999), em comparação com o IBOVESPA, concentrando-se nos períodos de crise do mercado acionário, para determinar a influência que teria a inclusão do ativo terra, em uma carteira diversificada de ações, sobre o grau de risco e a rentabilidade do portfolio como um todo. Analisa o comportamento do mercado acionário brasileiro no mesmo período, quando são identificados seis períodos de crise, durante os quais é simulado o desempenho de duas stimentos, compostas, a primeira, por ações e terra, em diferentes proporções, e a segunda por ações e caderneta de poupança, também com vários graus de composição. Das seis crises estudadas, em quatro delas, a associação de uma parcela terra com as ações representativas do IBOVESPA, contribuiu para a redução do grau de risco ou melhora da rentabilidade da carteira de investimentos como um todo; as duas outras crises, durante as quais a terra não apresentou as mesmas características de segurança e/ou rentabilidade, coincidem com períodos atípicos, quando o seu mercado passava por processos de ajustamento. A conclusão confirma a hipótese alternativa, de que a terra, quando em condições normais de negociação, possui características de segurança e rentabilidade que permitem recomendar a sua posse combinada com carteiras de ações, pelos investidores mais avessos aos riscos do mercado acionário.

Análise da interação solo-estrutura em fundações de concreto armado pelo método dos elementos finitos

A análise da iteração solo-estrutura em fundações é um importante campo de pesquisa que ainda tem um grande progresso a ser feito. No presente trabalho foi desenvolvido um programa computacional para a análise da interação solo-estrutura de fundações de concreto armado. Este tema abrange duas áreas da engenharia civil: estruturas e geotecnia. O método dos elementos finitos foi usado no trabalho na seqüência para resolver o problema considerando estado plano de defonnação e comportamento elastoplásti.co dos materiais estudados (solo, concreto e aço). A linguagem de programação MATLAB foi usada em toda esta pesquisa como alternativa ao FORTRAN. O MATLAB foi escolhido uma vez que é uma linguagem de programação que permite facilmente construir uma interfàce de pré e pósprocessamento amigável. Os passos para a solução completa do problema foram os seguintes: Primeiramente um programa foi desenvolvido considerando o comportamento elastoplástico com critérios de plastificação e ruptura específicos para o concreto e solo. Soluções analíticas fechadas foram usadas para checar a precisão do programa. O segundo passo foi a introdução do reforço de aço no concreto por meio de um modelo para armaduras. Logo após, um modelo de fissuras para o concreto 1racionado foi in1roduzido no programa. Na seqüência o programa de pré e pós-processamento foi desenvolvido para gerar a malha de elementos finitos (pré-processamento), distribuição tensões e deformações, mapa de fissuras, etc (pósprocessamento). Finalmente, os parâme1ros constitutivos do solo, concreto e aço foram calibrados e várias situações reais de interação do solo-concreto de fundações de concreto armado foram simuladas. Nesta dissertação são encontrados resultados para as pressões de contato sapata-solo. Diferentes diagramas de tensões de interfàce foram obtidos em função rigidez relativa do elemento estrutural de concreto armado-solo. Na análise mnnérica, rigidez relativa desempenhou uma relevante função no comportamento mecânico do elemento estrutural de concreto armado (sapata) e da base de assentamento (solo), uma vez ruptura em ambos os casos esteve diretamente relacionada a esta grandeza. São encon1rados, em função da rigidez relativa, resultados indicativos dos modos de falha da fundação, excessiva plastificação do solo em fundações com rigidez relativa alta, e a plastificação armaduras, esmagamento do concreto, formação de fissuras, bielas e confinamento concreto para fundações de rigidez relativa baixa. Na análise numérica, obteve-se resultados importantes com relação ao projeto de fundações. Estes resultados foram cOnITontadoscom normas, destacando-se as discordâncias com relação às recomendações da nonna brasileira Projeto e Execução de Fundações" NBR-6122 (1996) para os diagramas de tensões interface sapata-solo usados no dimensionamento de fundações de concreto armado.

Cooperação interfuncional no desenvolvimento de novos produtos : a interface marketing-engenharia

A cooperação interfuncional é o calcanhar-de-aquiles do processo de desenvolvimento de novos produtos. Todas as tentativas de diminuir-se o tempo de desenvolvimento impulsionaram cada vez mais o trabalho conjunto das diversas áreas. Somadas à importância de uma atuação integrada, especialmente das áreas de Marketing e Engenharia, para o sucesso dos novos produtos no mercado, essas tentativas formam um cenário de interfuncionalidade que se torna o eixo do processo de desenvolvimento. Porém a cooperação entre as funções nesse cenário não se dá de forma natural e, muitas vezes, torna-se um empecilho que prejudica o processo. Assim, este trabalho foi desenvolvido no sentido de trazer algumas luzes à compreensão da dinâmica da cooperação entre as áreas de Marketing e Engenharia no desenvolvimento de novos produtos. Isso foi feito através da análise dos mecanismos de integração existentes na literatura e daqueles utilizados pelas empresas. A metodologia utilizada contou com duas etapas: uma de revisão bibliográfica, que permitiu identificar os mecanismos de integração elaborados e apresentados pela literatura das áreas de Engenharia da Produção e de Marketing e os elementos que influenciam a cooperação interfuncional; e uma de estudo de casos, que analisou os mecanismos de integração utilizados por duas empresas localizadas no Estado do Rio Grande do Sul. Associando-se a revisão bibliográfica à análise dos casos, chegou-se a um conjunto de 11 fatores intervenientes na cooperação interfuncional e à relação desses fatores entre si e com os mecanismos de integração utilizados. A realização deste trabalho permitiu, de um lado, a identificação e análise de aspectos essenciais da cooperação interfuncional e, de outro, demonstrou a complexidade envolvida nesse tema e a necessidade de futuros trabalhos para uma compreensão mais completa do mesmo.

Avaliação das demandas de usuários operadores e engenheiros na elaboração de uma interface gráfica de um sistema supervisório (SDCD) de uma planta petroquímica

Este trabalho tem como objetivo identificar, analisar e selecionar as variáveis prioritárias para o controle de um Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) de transporte pneumático de esferas de uma Petroquímica. O método adotado no estudo foi o Desenho Comentado de Guimarães (1993), onde o usuário é filmado enquanto desenha e verbaliza sobre como se dá o funcionamento e o controle do sistema em estudo. O método permitiu conhecer as necessidades e prioridades dos sujeitos envolvidos na pesquisa e identificou diferenças entre as opiniões, que impactam na concepção da interface: basicamente, os operadores e engenheiros entendem o funcionamento do sistema de forma semelhante mas divergem na forma de conceber uma tela para o controle do mesmo sistema. Os sujeitos engenheiros foram mais detalhistas e preocupados com a segurança do sistema, ao verbalizarem mais variáveis nos dois modos de operação (funcionamento e controle) se comparados com os operadores. Os operadores mostraram preferência por uma interface que represente a área. Pode-se concluir que os operadores têm uma visão local (operacional) do sistema supervisório e os engenheiros têm uma visão global (gerencial) do mesmo sistema. Uma proposta de interface que concilie os conhecimentos teórico e tácito dos dois sujeitos parece ser a melhor alternativa de interface a ser testada.

A gestão de tesouraria e sua interface com as estratégias financeiras das empresas de pequeno porte do setor metal-mecânico de Caxias do Sul

Esta dissertação tem por objetivo discutir e compreender as implicações dos padrões e controles adotados na gestão de tesouraria das pequenas empresas do setor metal- mecânico de Caxias do Sul, na formulação das estratégias financeiras destas organizações. Através de pesquisa exploratória e quantitativa, alicerçada por um questionário, tabulou-se as respostas a fim de proporcionar instrumentos de análise. Buscou-se o cruzamento de respostas e estabelecer relações de interdependência entre as hipóteses formuladas. No discorrer do texto busca-se inicialmente, fazer um breve relato dos conceitos gerais de administração financeira e justificar sua importância para as empresas. Em seguida, apresenta-se as especificidades das pequenas empresas, destacando os conceitos mais comuns de tesouraria e discutindo os conceitos de estratégia. Depois, são abordadas as possibilidades da gestão de tesouraria ser um instrumento estratégico para essas organizações. Finalmente, confrontando e analisando os resultados, pode-se identificar a forma de gestão da tesouraria e as relações que se estabelecem entre a tesouraria e a formulação das estratégias financeiras das pequenas empresas.

Depuração de programas paralelos : projeto de uma interface intuitiva

A programação paralela é sem dúvida mais complexa do que a programação seqüencial. O controle de múltiplos processos e de suas interações são as principais razões para tal complexidade. Apesar da existência de algumas ferramentas que atendem à fase de desenvolvimento de programas paralelos, a complexidade é normalmente passada para as ferramentas paralelas, isto é, as ferramentas não são de fácil utilização. Assim, existe uma necessidade de ambientes e ferramentas realmente fáceis de usar no âmbito da programação paralela. Embora existam algumas ferramentas interessantes, inclusive algumas comerciais, seu uso permanece insuficiente, em parte devido à complexidade na utilização de algumas delas, em parte devido ao seu uso específico em determinadas plataformas. Portanto, existe ainda um grande campo de estudo no que diz respeito a melhorias de projeto sobre ferramentas existentes e desenvolvimento de ferramentas com um maior número de recursos. Provavelmente, a ferramenta paralela mais necessária aos programadores é o depurador paralelo. Por sua vez, ferramentas de depuração paralela estão entre as mais complexas de se desenvolver e talvez isso explique o motivo pelo qual poucas têm sido efetivamente utilizadas. Este trabalho descreve uma contribuição no campo da depuração paralela através da análise de interfaces de depuração paralela e da proposta de um modelo. A partir deste modelo, uma interface de depuração paralela – PADI (PArallel Debugger Interface) foi desenvolvida e seu principal objetivo é o de oferecer uma interface intuitiva e de fácil utilização. O modelo proposto e conseqüentemente a ferramenta PADI tratam da depuração paralela simbólica on-line. A depuração on-line trata do oferecimento de acesso aos símbolos do programa, como variáveis e registradores. A depuração on-line diferencia-se da off-line pelo tipo de interação com a execução do programa. A depuração on-line oferece interação direta com a aplicação, enquanto que a off-line interage com um arquivo de monitoração gravado durante a execução da aplicação paralela. A depuração on-line é similar à depuração seqüencial tradicional e, conseqüentemente, é de mais fácil utilização por parte da maioria dos programadores.