Aplicações do método dos elementos discretos em estruturas de concreto

A ciência moderna apresentou significativo avanço a partir do desenvolvimento da análise diferencial. A transformação de equações diferenciais de alta ordem em sistemas de equações algébricas foi possível através do desenvolvimento de métodos numéricos, constituindo este, outro grande avanço. Dentro desses pode-se destacar os métodos de diferenças finitas, dos elementos finitos, dos elementos discretos e mais recentemente, os elementos de contorno. Neste trabalho, faz-se uma contribuição ao desenvolvimento do Método dos Elementos Discretos para aplicações na Mecânica do Contínuo, na Mecânica da Fratura, assim como na determinação do dano em elementos estruturais submetidos a cargas. Neste método, a discretização espacial no modelo se realiza mediante um conjunto de massas ligadas entre se por forças materializadas como um arranjo de barras de treliça com rigidez equivalente ao contínuo que se quer representar, e mediante um esquema de integração explícita, se realiza a integração das equações de movimento no tempo. Verifica-se a validade e a capacidade do método em predizer o efeito de tamanho em elementos de concreto e concreto armado, obtendo-se uma excelente correlação com ensaios encontrados na literatura técnica, além de importantes conclusões a respeito da aplicação de cargas estáticas e dinâmicas, tanto em padrões de fissuração ou ruptura, quanto aos valores limites de resistência dos materiais ou cargas aplicadas, dando-se importância na geração aleatória das propriedades dos materiais mediante o uso do Método de Representação Espectral.

Contribuição à previsão da vida útil das estruturas de concreto armado atacadas pela corrosão de armaduras : iniciação por cloretos

Atualmente observa-se que uma grande parte das estruturas de concreto armado estão apresentando problemas relacionados à corrosão das armaduras, principalmente aquela iniciada pelos íons cloreto. Nesse sentido, muitos estudos estão sendo realizados a fim de prever o tempo necessário para que os íons cloreto atinjam a armadura, iniciando assim a propagação do processo corrosivo. Existem alguns parâmetros relacionados ao concreto e ao meio ambiente que exercem uma grande influência na penetração de íons cloreto. Entre os fatores relacionados ao concreto, verifica-se que o coeficiente de difusão de cloretos, a concentração superficial de cloretos, a relação água/cimento, a espessura de cobrimento, a presença e a quantidade de adições são alguns parâmetros que interferem na vida útil de projeto das estruturas. Já em relação às condições ambientais, os principais fatores que afetam a vida útil são a umidade relativa e a temperatura de exposição. Assim, procurou-se avaliar o efeito de tais variáveis na vida útil das estruturas, considerando as mesmas como grandezas aleatórias, apresentando um determinado valor médio e um desvio-padrão característico. Essas variáveis aleatórias foram inseridas em alguns modelos matemáticos que são empregados para a previsão da vida útil das estruturas − 2ª Lei de Fick e os modelos propostos por UJI et al. (1990) e por MEJLBRO (1996). A partir daí, realizou-se uma análise de confiabilidade a partir de um método de simulação numérica (Simulação de Monte Carlo) a fim de se determinar a probabilidade de falha no tempo para concretos feitos com diferentes tipos de cimento e adições, quando inseridos em condições ambientais distintas A fim de contribuir no processo de previsão da vida útil das estruturas quando inseridas em ambientes contendo cloretos, foi desenvolvido um modelo matemático baseado na análise em Grupos Focalizados (ou Focus Groups). Algumas das principais características do modelo proposto são a lógica empregada no seu desenvolvimento e a grande facilidade de aplicação do mesmo. O comportamento do modelo se mostrou consistente com os resultados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores, onde o mesmo foi aplicado em um estudo de caso para verificar a resposta em relação à penetração de cloretos em alguns pontos de uma estrutura de concreto armado inserida em área salina.

Técnicas de avaliação da confiabilidade em estruturas de concreto armado

Neste trabalho é dado ênfase à inclusão das incertezas na avaliação do comportamento estrutural, objetivando uma melhor representação das características do sistema e uma quantificação do significado destas incertezas no projeto. São feitas comparações entre as técnicas clássicas existentes de análise de confiabilidade, tais como FORM, Simulação Direta Monte Carlo (MC) e Simulação Monte Carlo com Amostragem por Importância Adaptativa (MCIS), e os métodos aproximados da Superfície de Resposta( RS) e de Redes Neurais Artificiais(ANN). Quando possível, as comparações são feitas salientando- se as vantagens e inconvenientes do uso de uma ou de outra técnica em problemas com complexidades crescentes. São analisadas desde formulações com funções de estado limite explícitas até formulações implícitas com variabilidade espacial de carregamento e propriedades dos materiais, incluindo campos estocásticos. É tratado, em especial, o problema da análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado incluindo o efeito da variabilidade espacial de suas propriedades. Para tanto é proposto um modelo de elementos finitos para a representação do concreto armado que incorpora as principais características observadas neste material. Também foi desenvolvido um modelo para a geração de campos estocásticos multidimensionais não Gaussianos para as propriedades do material e que é independente da malha de elementos finitos, assim como implementadas técnicas para aceleração das avaliações estruturais presentes em qualquer das técnicas empregadas. Para o tratamento da confiabilidade através da técnica da Superfície de Resposta, o algoritmo desenvolvido por Rajashekhar et al(1993) foi implementado. Já para o tratamento através de Redes Neurais Artificias, foram desenvolvidos alguns códigos para a simulação de redes percéptron multicamada e redes com função de base radial e então implementados no algoritmo de avaliação de confiabilidade desenvolvido por Shao et al(1997). Em geral, observou-se que as técnicas de simulação tem desempenho bastante baixo em problemas mais complexos, sobressaindo-se a técnica de primeira ordem FORM e as técnicas aproximadas da Superfície de Resposta e de Redes Neurais Artificiais, embora com precisão prejudicada devido às aproximações presentes.

Análise de estruturas compostas por aduelas pré-moldadas de concreto com protenção externa, sob estado plano de tensão, através do método dos elementos finitos

Aduelas protendidas externamente utilizadas em pontes contrastam com as clássicas construções monolíticas, consistindo de “pequenos” segmentos pré-moldados protendidos por cordoalhas externas. Há muitas vantagens na utilização deste tipo de composição, como rapidez e versatilidade na construção, alto controle de qualidade e economia. No presente trabalho, discute-se uma formulação, baseada no método dos elementos finitos, para simular o comportamento de estruturas compostas por aduelas externamente protendidas. Esta formulação permite tanto a análise de situações de serviço, onde as seções permanecem completamente comprimidas, como também de situações últimas, onde se considera a abertura das juntas e a transferência de esforços através das mesmas. O modelo computacional utiliza dois procedimentos distintos, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, determina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo, considerando-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelástico. No segundo, busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplástico. As juntas entre as aduelas são representadas através de elementos de contato unidimensionais. Os nós de cada elemento de contato coincidem com os nós do elemento de concreto que a ele foi associado.Um modelo de camadas superpostas é utilizado para representar o comportamento viscoelástico do concreto e da armadura protendida Para representar o concreto fissurado, utiliza-se um modelo de fissuras distribuídas, que leva em conta a contribuição do concreto entre fissuras. A armadura passiva é introduzida na análise através de um modelo incorporado e a armadura de protensão não aderente é disposta em elementos fictícios, paralelos aos elementos reais da estrutura. Para verificar a adequação do modelo computacional, compararam-se resultados numéricos com valores experimentais disponíveis na literatura.

Análise numérica do efeito de fatores influentes da reação álcali-agregado no desempenho de estruturas de concreto

The aim of this work is the numerical simulation of the mechanical performance of concrete affected by Alkali-Aggregate Reaction or RAA, reported by Stanton in 1940. The RAA has aroused attention in the context of Civil Engineering from the early 80, when they were reported consequences of his swelling effect in concrete structures, including cracking, failure and loss of serviceability. Despite the availability of experimental results the problem formulation still lacks refinement so that your solution remains doubtful. The numerical simulation is important resource for the assessment of damages in structures caused by the reaction, and their recoveries The tasks of support of this work were performed by means of the finite element approach, about orthotropic non-linear formulation, and, thermodynamic model of deformation by RAA. The results obtained revealed that the swelling effect of RAA induced decline of the mechanical performance of concrete by decreasing the margin of safety prior to the material failure. They showed that the temperature influences, exclusively, the kinetics of the reaction, so that the failure was the more precocious the higher the temperature of the solid mass of concrete

Sistema de proteção superficial de estruturas de concreto de usinas hidrelétricas para controle da reação álcali-agregado

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Verificação de terceira ordem de estruturas de concreto armado de edíficios

The change in design of a building can occur during its construction process, especially when this change involves greater amount of profit for the building company, as it is the case of adding extra floors. However, there must be an analysis of the structure of the building in order to see if it is possible to increase the number of floors without the need of reinforcement, as this need would result in higher costs for the building company. This graduation report presents this analysis by using the methods of third order verification of reinforced concrete structures

Avaliação de momentos fletores em estruturas de fundação tipo radier em concreto armado

It aims the comparison of these moments between an analytical plates theory and a computational numerical simulation. It is accented the details of studies about analytical theory as well the process, step by step, of a program that has as an influence the method of finite elements. The theory of plates has an extremely importance when it is talked about slabs and it takes as a base some fundamental hypotheses (that the middle point of the plate is considered flat and under formable) the points that are normal in relation to the middle surface is not considered because of its intensity that is irrelevant in comparison to the rest. The computational programs offer good results when they are applied in a correct way and, it resolves numerous functions in a short period of time. The objective is to highlight the importance of bending moments, its points of maximum and minimum, that has the objective of realize a good reinforcement sizing for a reinforced concrete. Furthermore, it can propitiate an economy in places that is demanded a small quantity of steel, before dimensioned for a load that is distributed in all the surface of the plate, at the same intensity

Considerações e avaliações das solicitações em estruturas de edificações de paredes de concreto pré-moldado utilizando o modelo de pórtico tridimensional: estudo de caso

The present study is in reference to precast concrete (panels) walls as the main structural system. The diversification of the structural systems is a reality due to specific characteristics', as a result there is a lack of study and analysis. Some systems are already established in their applications, for instance: conventional reinforced concrete, structural masonry, metal structures, and wood structure. Apart from this precast concrete elements has had a growth in building sites in Brazil, therefore professionals should be more aware. Affordable house funding initiatives to address the housing shortage has been recurrent throughout the country, additionally precast concrete walls has been an alternative that meets the three basic concepts of engineering, which are: the technique, economy, and security. The objective of this study is to gather concepts from the literature and TOMO (2012) about precast concrete walls and make a didactic synthesis of how they are viewed. The modeling structure method of the system was performed following the concept of assigning bars, using the computer program of calculations SAP2000. Initially will be presented a theoretical part, furthermore a case study to illustrate the sizing of the walls using EXCEL tables programmed with calculation routine. The results will be presented in calculated efforts by the program for further analysis. Finally, will be highlighted important items of modeling and interpretation of the results

Estudo da velocidade de despassivação de aços em estruturas de concreto armado, em meio de cloreto

The aim of the present study was to investigate the corrosion resistance in chloride medium of two cylindrical steel samples from civil construction (CA-50 and CA-60). For this purpose, electrochemical measurements were performed in NaCl solution, 4.0 g/L, naturally aerated. According to electrochemical responses, it was observed an active dissolution process at open circuit potential for both steels. In this comparative study, the differences between CA-50 and CA60 were not significant, since the values of polarization resistance estimated by EIS were the same order of magnitude for both types of steel (oscillating between 200 and 500 Ohm). For all evaluated thicknesses of concrete reinforcement, these values ranged between 2 and 9 kOhm, and the lower value was associated with lower thickness, particularly at 7, 21 and 35 days. When these results were compared with those determined for the CA-60, it was found that the layer of concrete reinforcement provide a protection against corrosion in chloride medium at least ten times larger

Análise estrutural de vigas treliçadas de aço com mesa de concreto

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Estruturas de concreto reforçadas com PRFC parte II: análise dos modelos de cisalhamento

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelo mecânico para estruturas lineares em concreto armado - uma abordagem acoplada entre a mecânica do dano e algoritmos de otimização

Modelos escritos através dos conceitos da Mecânica do Dano no Contínuo representam atualmente uma alternativa consistente para a simulação numérica do comportamento de estruturas constituídas por materiais quase frágeis, onde a perda de rigidez em função da fissuração crescente é o fator preponderante da resposta não-linear de seus elementos estruturais. No entanto, modelos de dano apresentam forte dependência de parâmetros internos usados para descrever os critérios e evolução das variáveis de dano, que devem ser calibrados adequadamente para uma resposta mecânica coerente da estrutura. Neste contexto, o artigo mostra um estudo sobre a calibração de parâmetros do modelo de dano de Mazars e sua aplicação na análise numérica de vigas e pórticos planos em concreto armado. O Método dos Mínimos Quadrados é adotado para resolver o problema, em conjunto com a técnica de Gauss-Newton. Em virtude da ausência de resultados experimentais para diversas classes de resistência do concreto, como referência para o processo de calibração, são adotados alguns modelos constitutivos teóricos tanto à tração quanto à compressão. Esse processo de calibração de parâmetros é incorporado a um modelo mecânico em elementos finitos para análise de barras em concreto armado, com a consideração conjunta dos mecanismos complementares de resistência ao cisalhamento, como efeito de pino, armadura transversal e engrenamento de agregados. Uma lei constitutiva exponencial para o decaimento da resistência à tração do concreto é proposta com o objetivo de simular o comportamento do tipo tension softening do material. Testes de simulação envolvendo o modelo proposto foram realizados, comparando-se com resultados experimentais e numéricos mostrando a boa precisão e capacidade de obtenção de cargas últimas em estruturas de barras em concreto armado.

Dimensionamento ótimo de pilares de concreto armado

A área da engenharia responsável pelo dimensionamento de estruturas vive em busca da solução que melhor atenderá a vários parâmetros simultâneos como estética, custo, qualidade, peso entre outros. Na prática, não se pode afirmar que o melhor projeto foi de fato executado, pois os projetos são feitos principalmente baseados na experiência do executor, sem se esgotar todas as hipóteses possíveis. É neste sentido que os processos de otimização se fazem necessários na área de dimensionamento de estruturas. É possível obter a partir de um objetivo dado, como o custo, o dimensionamento que melhor atenderá a este parâmetro. Existem alguns estudos nesta área, porém ainda é necessário mais pesquisas. Uma área que vem avançando no estudo de otimização estrutural é o dimensionamento de pilares de acordo com a ABNT NBR 6118:2014 que atenda a uma gama maior de geometrias possíveis. Deve-se também estudar o melhor método de otimização para este tipo de problema dentro dos vários existentes na atualidade. Assim o presente trabalho contempla o embasamento conceitual nos temas de dimensionamento de pilares e métodos de otimização na revisão bibliográfica indicando as referências e métodos utilizados no software de dimensionamento otimizado de pilares, programado com auxílio do software MathLab e seus pacotes, utilizando métodos determinísticos de otimização. Esta pesquisa foi realizada para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil na Universidade Federal do Espírito Santo.