Cálculo automático de estruturas: análise estrutural e dimensionamento de um edifício

O presente relatório corresponde à descrição do trabalho realizado durante estágio, no âmbito do trabalho final de Mestrado de Engenharia Civil, referente ao perfil de Estruturas. A motivação da escolha deste estágio teve como propósito aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso. Além disso ajudou-me a conhecer o mercado de trabalho. O tema escolhido foi Cálculo Automático de Estruturas. Análise Estrutural e Dimensionamento de um Edifício. O estágio teve lugar no gabinete Nova Faceta - Consultas, Estudos e Projectos. Este gabinete labora no concelho de Vila Franca de Xira. O trabalho realizado foi auxiliado por profissionais experientes e qualificados, estando sob a supervisão do orientador do estágio e consistiu na análise de diversos projectos de Engenharia e da elaboração do projecto que será apresentado neste relatório. O programa a que se recorreu para auxiliar na execução do dimensionamento foi o CYPECAD. O edifício que foi dimensionado situa – se no Algarve, mais concretamente no concelho de Albufeira, na Urbanização Cerro da Alagoa – 2ºfase, na Rua do Oceano lote 22A.

Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de lajes através do método dos elementos finitos

O principal objectivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um programa de cálculo automático de lajes baseado no método dos elementos finitos. Como introdução ao tema é efectuada uma análise da evolução das estruturas ao longo dos tempos, diferenciando os vários tipos de estruturas que existem. São explicitados os conceitos fundamentais da mecânica dos sólidos, bem como os vários tipos de análises estruturais, os tipos de elementos finitos mais utilizados, bem como a classificação dos diversos tipos de estruturas. Devido à importância que o método dos elementos finitos tem na engenharia actual, é apresentada uma breve descrição da sua evolução ao longo dos tempos. Como abordagem mais abrangente são apresentados os conceitos gerais do método, evoluindo depois para uma descrição mais pormenorizada, aplicado aos elementos de laje adoptados no programa de cálculo desenvolvido. As lajes podem ser modeladas através da teoria das lajes finas ou espessas, sendo apresentados os fundamentos teóricos e simplificações que sustentam estas duas abordagens. A validação do programa de cálculo elaborado nesta dissertação, é efectuado através de dois exemplos, um modelo simples e outro mais complexo onde se demonstram todas as potencialidades do programa. A validação é efectuada através da comparação dos resultados, obtidos pelo programa e por um programa de referência no cálculo estrutural, o SAP2000. O desenvolvimento deste trabalho tem um objectivo mais abrangente de no futuro, este módulo, poder ser incluído num pacote de cálculo estrutural alargado a outro tipo de estruturas. Com este pressuposto, foi efectuada uma descrição pormenorizada da organização do programa e das suas capacidades e desenvolvido um manual de utilização.

Influência da modelação de núcleos de betão armado no cálculo automático de estruturas de edifícios

O presente trabalho aborda a questão do comportamento e influência estrutural da modelação de um núcleo de secção aberta de parede fina no modelo tridimensional de elementos finitos de um edifício de betão armado, composto por 5 pisos sujeito à acção sísmica regulamentar. Para o efeito, foram considerados os Eurocódigos estruturais, nomeadamente o Eurocódigo 0, Eurocódigo 1 e Eurocódigo 8. A fim de avaliar a importância do tipo de modelação destes elementos estruturais, elemento fundamental para a caracterização da resposta dinâmica, foi desenvolvido um estudo paramétrico, fazendo-se a análise de quatro formas distintas de modelação do mesmo núcleo. Para os mesmos casos de carregamento, é feita uma análise comparativa entre os resultados obtidos a nível de períodos, percentagem de armadura nos pilares e no próprio núcleo bem como os deslocamentos para os modelos em estudo, com recurso a um programa de cálculo automático. O edifício considerado neste trabalho foi modelado com base no programa comercial de cálculo automático SAP 2000 versão 14.4. Posteriormente apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos nos vários modelos em causa e para as várias situações propostas ao longo do trabalho.

Cálculo automático de estruturas: análise de placas através do método dos elementos finitos

Nesta dissertação desenvolveu-se um programa de cálculo automático que efectua a análise estrutural de placas, sujeitas a acções estáticas e considerando um comportamento isotrópico elástico linear dos materiais. Este programa foi elaborado em linguagem Fortran. O método que se utilizou para o cálculo das estruturas é baseado na teoria dos elementos finitos, tendo sido adoptados elementos finitos com dois graus de liberdade por nó (duas translações), associados ao método dos deslocamentos para a sua resolução. Para permitir a representação dos resultados obtidos pelo programa, utilizou-se um módulo gráfico comercial: GiD. A validação do programa desenvolvido foi feita a partir da comparação dos resultados calculados de alguns exemplos com os obtidos através de um programa de cálculo estrutural de referência: SAP2000. Esta dissertação contempla ainda um manual, que tem como finalidade o fornecimento de indicações para a correcta utilização do software desenvolvido, o qual inclui orientações para a introdução de dados e respectiva interpretação de resultados.

Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de pórticos tridimensionais

No âmbito da presente dissertação foi elaborado um programa de cálculo automático de pórticos tridimensionais, sob acções estáticas (Portic3D). Utilizaram-se elementos tipo barra 3D constituídos por dois pontos nodais com seis graus de liberdade cada, admitindo a hipótese de comportamento elástico linear do material. Apresentam-se os fundamentos da análise matricial de estruturas e descrevem-se os principais módulos computacionais que foram elaborados (em FORTRAN 90), nomeadamente descreve-se a estrutura global do programa desenvolvido e, em particular, descreve-se a técnica de assemblagem da matriz de rigidez global e do vector global das forças a partir das matrizes de rigidez elementares e dos vectores elementares das forças nodais equivalentes às cargas de vão, respectivamente. A fiabilidade do programa desenvolvido, Portic3D, foi testada através da comparação com os resultados de um programa de cálculo estrutural de referência, o SAP2000, para o caso da análise estática de um edifício de 8 pisos (sob a acção do peso próprio, sobrecargas e forças estáticas equivalentes a uma acção sísmica). Foi elaborado ainda um manual do utilizador para facilitar a utilização do software desenvolvido e para facilitar a eventual integração das rotinas desenvolvidas em programas de cálculo estrutural com novas potencialidades.

Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de pórticos planos utilizando o método dos elementos finitos

O principal objectivo da presente dissertação foi o desenvolvimento de um programa de cálculo automático de estruturas reticulares planas. A execução deste trabalho insere-se num programa mais vasto e ambicioso, em que se pretende desenvolver um pacote de cálculo automático de estruturas para utilização académica. Este pacote incluirá o tipo de elementos mais utilizado na Engenharia Civil, podendo efectuar análises lineares e não-lineares, considerando acções estáticas e dinâmicas. Pretende-se também dotar este pacote com o dimensionamento e verificação da segurança dos elementos estruturais. O programa foi desenvolvido recorrendo ao Método dos Elementos Finitos. Em face da aplicação deste método é efectuada uma breve resenha histórica, incluindo o seu desenvolvimento, campos de aplicação e importância na Engenharia Civil para o cálculo de estruturas. Foram implementados elementos finitos do tipo barra 2D de secção constante, em que se admitiu um material isotrópico com comportamento elástico linear. O programa permite a aplicação de cargas estáticas nos nós e elementos de barra, assentamentos de apoio, e fornece os resultados de forma gráfica e numérica. A validação do programa de cálculo foi efectuada através da comparação dos resultados obtidos pelo programa com um outro Programa de cálculo estrutural comercial (SAP2000) e com valores apresentados na bibliografia [LNEC, 1984]. Com o objectivo de incluir este trabalho num pacote de programas mais abrangentes, foi elaborado um fluxograma onde são descritos os blocos principais que compõem o programa desenvolvido e um manual de utilização devidamente pormenorizado.

Projeto de estruturas de um edifício em betão armado com recurso ao programa de cálculo automático ETABS

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil

Aplicação de um software de cálculo automático na verificação aos estados limites de utilização em estruturas de Betão Armado

Actualmente e cada vez mais, são concebidos e utilizados programas de cálculo automático de Engenharia na realização de projectos de edifícios, que proporcionam aos engenheiros uma possibilidade avançada e rápida de execução, simulação e análise de edifícios para estruturas complexas e de elevada dimensão. Contudo, será necessário que os resultados deverão ser fiáveis de modo a não existirem consequências no comportamento real da estrutura a longo prazo. O presente relatório de estágio, refere-se à verificação aos estados limites de utilização (tensões, fendilhação e deformação) segundo o Eurocódigo 2, de uma estrutura porticada em betão armado, nomeadamente de um pórtico central pertencente a essa mesma estrutura recorrendo ao programa de cálculo automático da Autodesk o Robot Structural Analysis Professional 2014. O objectivo principal do presente trabalho consiste na comparação de resultados referente aos estados limites últimos e de utilização, pelos diferentes módulos de dimensionamento Required e Provided Reinforcement presentes no programa Robot. É destacado no final do relatório, considerando uma disposição de armadura optada analiticamente para o pórtico, uma análise comparativa de resultados referente aos estados limites de utilização entre o comando Typical Reinforcement do módulo Provided Reinforcement e por expressões analíticas. Refere-se contudo que, o procedimento do método analítico teve como base de cálculo uma aplicação desenvolvida para a verificação de elementos de betão armado aos estados limites de utilização segundo o Eurocódigo 2, com o nome de XD-Conserv tendo sido também comparado os resultados finais do mesmo.

Processo de cálculo automático de colunas mistas

Este relatório é elaborado no âmbito do estágio curricular no regime de parceria entre o Instituto Superior de Engenharia do Porto e o gabinete de projetos SE2P – Sociedade de Engenharia, Projetos e Planeamento, Lda. O tema do estágio é o estudo de colunas mistas aço-betão na vertente de projeto, mais concretamente através da criação dum processo de cálculo automático integrado com o modelo estrutural global. Aplicam-se os métodos de dimensionamento dos eurocódigos estruturais na avaliação da segurança dos estados limites. Avaliam-se as propriedades geométricas, determina-se a curva de interação, calcula-se a posição do eixo neutro donde se inferem os estados de tensão em flexão desviada ao nível da secção, necessários às verificações de segurança. O processo de cálculo tem por base uma folha de cálculo desenvolvida em Excel que, com ajuda do Visual Basic for Applications, comunica com o software de modelação e cálculo estrutural Autodesk Robot Professional Analisys. Cria-se fluxos de informação que possibilitam o cálculo iterativo de colunas mistas permitindo ajustar e por esta via otimizar as soluções de dimensionamento. A exportação de relatórios de cálculo detalhados para cada coluna constitui uma mais-valia para gabinetes de engenharia quando comparada com outras soluções de dimensionamento existentes no mercado. A aplicação do processo de cálculo desenvolvido a múltiplas combinações de soluções de colunas mistas permitiu analisar comparativamente os resultados obtidos e a criação de tabelas e ábacos que poderão ser úteis em cenários de pré-dimensionamento e de anteprojeto.

Utilização de modelos de elementos finitos tridimensionais no cálculo estrutural de barragens de betão

Este trabalho procura evidenciar a importância da escolha do tipo de elementos finitos e correspondente discretização a utilizar na análise do comportamento estrutural de barragens abóbada. Descreve-se a metodologia de cálculo utilizada na análise da resposta de barragens em regime elástico linear sob a acção do peso próprio e da pressão hidrostática com base em modelos numéricos de elementos finitos 3D. Apresentam-se sumariamente os fundamentos do método dos elementos finitos referindo-se, em particular, os elementos finitos utilizados: elemento isoparamétrico tipo cubo com 20 pontos nodais e elemento subparamétrico tipo cubo com 8 pontos nodais. Apresentam-se os programas de análise de barragens utilizados no LNEC nas fases de pré-processamento (geração de malhas de EF3D), processamento e pós-processamento, bem como o programa comercial de cálculo automático SAP2000. Analisa-se por fim o comportamento de duas barragens abóbada cuja resposta para a acção do peso e da pressão hidrostática apresenta algumas diferenças que se analisam em pormenor, nomeadamente em termos de tensões e deslocamentos utilizando vários modelos numéricos 3D (DTIN12 [LNEC] e SAP2000) com diferentes discretizações em que se utilizam os dois tipos de EF atrás referidos.

Adaptação do programa PAC-Pórticos ao EC2 e sua integração com o conceito BIM

Atualmente existe uma grande variedade de programas de cálculo automático de estruturas de betão armado disponíveis no mercado, pois estes, cada vez mais, são inerentes ao desenvolvimento de cada projeto de estruturas. O PAC-Pórticos foi um dos primeiros a chegar ao mercado nacional surgindo no início da década de noventa. Foi totalmente desenvolvido em Portugal, tendo tido bastante sucesso nas suas vendas a nível nacional. O PAC-Pórticos não está preparado para operar diretamente nos mais recentes sistemas operativos nem foi programado para dimensionar os diversos elementos de betão armado seguindo os termos das normas mais recentes (Eurocódigos). O tema do presente trabalho vai de encontro aos atuais problemas do programa, assim sendo, definiu-se como primeiro objetivo a adaptação do PAC-Pórticos à regulamentação europeia para o betão armado. Numa 1ª fase, para a adaptação do PAC-Pórticos aos novos códigos, foi necessário estudar o programa em si, perceber o seu funcionamento e posteriormente realizar uma comparação entre a legislação para qual o software está programado, o Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado (ainda em vigor) e a Norma Europeia correspondente a EN 1992-1-1 (Eurocódigo 2). Seguidamente, procedeu-se ao estudo e adaptação de todas as sub-rotinas de cálculo do PAC-Pórticos para o dimensionamento de vigas e pilares, tendo finalmente sido testado o novo código e comprovados os resultados obtidos com o mesmo. Na realização do presente trabalho, não foi ignorada a importância crescente da metodologia BIM que, nos dias de hoje, tende a ser implementada nos programas de cálculo de engenharia civil. Neste âmbito, o segundo objetivo é o de conseguir visualizar uma solução obtida do PAC-Pórticos numa qualquer ferramenta tridimensional BIM. Para tal, foram ponderadas várias hipóteses, mas optou-se por criar dois plug-in para o programa AutoCAD da Autodesk. O primeiro destes plug-in contempla o desenho das vigas e o segundo para os pilares, ambos em 3D e elaborados de forma automática.

Modelos para cálculo de ligações pilarviga com chapa de extremidade em estruturas de aço

Neste trabalho, são apresentados e discutidos os procedimentos prescritos no Eurocódigo 3, Parte 1-8, para cálculo e dimensionamento de ligações pilar-viga com chapa de extremidade, em estruturas de aço. Em particular, é analisado o método das componentes, que permite determinar a resistência e rigidez rotacional de juntas metálicas, possibilitando a utilização de ligações semi-rígidas, que frequentemente resultam em ligações mais económicas. A metodologia descrita é aplicada em dois exemplos numéricos, tendo-se comparado os valores calculados com os resultados obtidos através de um programa de cálculo automático (Powerconnect) que também se baseia no método das componentes. As análises efetuadas permitem constatar que existem algumas vertentes do programa que podem ser melhoradas. Recorreu-se ainda a um programa de cálculo automático comercial (Sap2000) para comparar os esforços atuantes numa estrutura metálica com ligações rígidas e semi-rígidas, tendo-se concluído que existem diferenças significativas entre as distribuições de esforços obtidas para as duas situações.

Projecto de execução de estruturas de um edifício de betão armado

O presente trabalho é o corolário do curso de engenharia civil, para a obtenção do grau de Mestre, tendo-se optado pela elaboração de um projecto de estabilidade de um edifício. O projecto inclui todos os elementos necessários para uma correcta execução da estrutura. Tendo como limitação estrutural, as características arquitectónicas e geotécnicas, foi elaborado o projecto do corpo central de um edifício em betão armado. Aplicaram-se os conhecimentos adquiridos ao longo do curso com especial incidência para as disciplinas de betão estrutural, mecânica dos materiais, engenharia sísmica, dinâmica de estruturas e mecânica de solos e fundações. Utilizou-se o programa de cálculo automático SAP2000 para a modelação da estrutura do edifício, efectuar o dimensionamento e verificação de segurança de todos os elementos estruturais, com a aplicação das acções e combinações regulamentares. Para a concretização deste projecto recorreu-se a diversos elementos, tais como regulamentos nacionais, eurocódigos, tabelas técnicas e bibliografia relevante e aceite na comunidade técnica. Foi também efectuada a comparação com outros projectos, discutiram-se diferentes hipóteses e esclareceram-se dúvidas com os orientadores/colegas de trabalho. As hipóteses de pré-dimensionamento/dimensionamento encontradas procuraram sempre respeitar a arquitectura original do edifício, assim como obter uma boa relação de economia/exequibilidade.

Projeto de estruturas e fundações de um edifício de serviços

O presente trabalho é o culminar de um percurso académico cheio de aprendizagens que me preencheu por completo. A realização de um projeto de estruturas como trabalho final de mestrado (TFM) foi uma escolha fácil, pois, na minha opinião, permite fazer a transição entre os conceitos adquiridos durante o curso e os métodos utilizados no ambiente não académico. O objetivo do trabalho é realizar o projeto de estruturas e fundações de um edifício destinado a serviços. Foram aplicados os conhecimentos adquiridos ao longo de todo o curso de Engenharia Civil, em especial das Unidades Curriculares de dimensionamento de estruturas. Foi elaborado um modelo da estrutura num programa de cálculo automático: SAP2000. Assim, de acordo com os resultados fornecidos pelo programa e através da consulta dos regulamentos nacionais (REBAP e RSA) e internacionais (Eurocódigos), foi possível dimensionar todos os elementos estruturais. Os diferentes aspetos condicionantes no projeto foram devidamente analisados e discutidos, por forma a encontrar a solução que mais se adequa ao pretendido. Todas as opções tomadas são devidamente justificadas, procurando-se elaborar um trabalho detalhado e, acima de tudo, correto. É importante dizer ainda que, a permanente troca de ideias e conhecimentos entre colegas e, como é óbvio, com o orientador do trabalho, foi muito relevante na realização deste trabalho. Uma parte essencial de um projeto são, sem dúvida, as peças desenhadas. Nesse capítulo tentou-se atingir um nível de detalhe e simplicidade que permita uma interpretação inequívoca dos mesmos.

Projecto de execução de estruturas e fundações de uma obra de arte corrente em betão armado e pré-esforçado

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.