Dimensionamento de estruturas de madeira tropical utilizando a densidade básica : madeira seca

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, 2018.Esta tese apresenta uma formulação matemática para o dimensionamento de estruturas de madeira tropical utilizando a densidade básica. A concepção teórica proposta tem a densidade básica da madeira como variável independente para o dimensionamento de elementos estruturais solicitados a tração, ou a compressão axial, barras fletidas e barras submetidas a interação entre esforço normal e momento fletor. A formulação do método toma como referência as prescrições da norma brasileira NBR-7190/82, baseada no Método das Tensões Admissíveis, tais como os correspondentes códigos de projetos americanos NDS-National Design Standard e ASCE- American Society of Civil Engeneering. O dimensionamento utilizando a densidade básica pode ser adaptado para qualquer norma de projeto de estruturas de madeira que for utilizada como referência, independentemente do método de dimensionamento adotado pela norma tomada como base. A formulação matemática utiliza ftmções de resistência estimadas por um modelo de regressão linear simples amostrai, construído a partir de banco de dados obtido de ensaios experimentais para caracterização de espécies de madeiras tropicais. O modelo de regressão linear concebido estima propriedades físicas e mecânicas dessa amostra utilizando a densidade básica da madeira. O Banco de Dados é o resultado de um programa experimental consistente conduzido pelo Laboratório de Produtos Florestais do Ministério do Meio Ambiente, que nos últimos trinta anos estudou e caracterizou 259 espécies de madeira da Amazônia, tendo como referência as normas Pan-Americanas COPANT-Comisión Panamericana de Normas Técnicas. Uma ampla análise da significância estatística das correlações entre propriedades físicas e mecânicas de espécies de madeira e a densidade básica, é apresentado no corpo da tese, no sentido de verificar a adequação da formulação proposta. Um extenso conjunto de exemplos de aplicação da formulação para o dimensionamento de barras tracionadas e comprimidas, barras fletidas e barras submetidas a flexão composta, é apresentada e discutida no trabalho. É possível concluir, a partir das análises de significância estatística e da discussão dos resultados do conjunto de exemplos analisados, que a formulação proposta para dimensionamento de elementos de madeira utilizando a densidade básica, não só é matematicamente consistente, como se constitui em uma nova ferramenta de projeto para estruturas de madeira tropical.This thesis presents a mathematical formulation for the design of tropical wood structures using basic density. The proposed theoretical conception has wood basic density as an independent variable for the design of structural elements required for axial traction or compression, flexural members and the design of beam-columns. The formulation of the method takes as reference the prescriptions of the Brazilian standard NBR-7190/82, based on the Allowable Strength Design Method, such as the corresponding American design codes NDS-National Design Standard and ASCE-American Society of Civil Engeneering. The design using the basic density can be adapted to any design standard of timber structures that is used as reference, regardless of the design method adopted by the base standard. The mathematical formulation uses resistance ftmctions estimated by a simple linear regression model, constructed from a database obtained from experimental tests for the characterization of tropical wood species. The designed linear regression model estimates the physical and mechanical properties of this sample using the basic density of the wood. The Database is the result of a consistent experimental program conducted by Laboratório de Produtos Florestais do Ministério do Meio Ambiente, which in the last thirty years has studied and characterized 259 species of wood from the Amazon, based on the Pan American Standards COPANT-Comisión Panamericana de Normas Técnicas. A broad analysis of the statistical significance of the correlations between physical and mechanical properties of wood species and the basic density is presented in the body of the thesis in order to verify the suitability of the proposed formulation. An extensive set of examples of application of the formulation for compression and tension members, flexural members and design of beam-columns is presented and discussed in this thesis. It is possible to conclude from the analysis of statistical significance and from the discussion of the results of the set of examples analyzed that the proposed formulation for design of timber structural members using the basic density is not only mathematically consistent, but also constitutes a new design tool for tropical timber structures

Esforços de um edifício em alvenaria estrutural calculados com fundação rígida e elástica

This work evaluates the influence of the rigidity of the foundation in a four-story structural masonry building on the compressive stresses of the walls. The results were obtained from structural models, taking into account vertical and horizontal actions, rigid foundation and elastic base. The building analyzed is symmetrical in both directions and was developed to demonstrate, in a simplified way, what normally occurs in usual buildings. For this case study, walls with and without openings (windows and doors) were modeled, with the objective of enabling the interaction and distribution of efforts resulting from the various calculation hypotheses. For the construction of the structural models, the SAP2000 software was used, using linear portico and plate elements. The analyzes were carried out through actions classified as permanent (D), variables (L) and wind (W “90º” and W “0º”), generating various combinations and interactions between them. The modeling premises for the building are: structure - slabs/walls in plate elements; foundation - radier with piles being used plate and bar elements respectively. Two types of solution for foundations were addressed in the work. In the first model, the support of the tip of the pile is considered rigid (non-removable), without soil-structure interaction. In the second, the support of the pile tip is considered flexible, with soil-structure interaction occurring. For both models, the interaction between the soil and the radier was not considered in this study. In the representation of flexible support, the spring coefficient was obtained from a geotechnical analysis of a load test performed on the soil of a city located in the Federal District, Brazil. Comparing the structural behavior of the building on foundations with rigid or elastic supports, it was observed that, for the same combinations of actions applied in the two models, no significant differences were verified neither in the compression stresses of the walls, nor even in the bending moments of the slabs. The values ”‹”‹of the active stresses, obtained by the structural models, were superior to the resistant stresses of the masonry blocks in some points close to the ends, openings and meetings of the walls. This fact proved the need to carefully evaluate the meetings of walls and where there are openings (windows and doors). It is concluded that the actions of the wind do not significantly interfere in a 4-story structural masonry building. The differences between the stresses with rigid and elastic foundation on the walls, for this case, are very small and have no influence on the design. Most points of maximum tension are located in the lower corners of the walls. Tensile stresses arise in the masonry near the openings. Therefore, it is necessary to carry out grouting and framing in the blocks located at the wall junctions and also in the blocks adjacent to the openings (windows and doors). In the lower and upper parts of the openings, it is necessary to use lintels/counterweights, to combat tensile stresses in masonry. The indicated procedures will guarantee greater security of the building due to the increase in the strength of the blocks reinforced by grout/reinforcement, corroborating the technical understandings on the subject.Este trabajo evalúa la influencia de la rigidez de los cimientos en un edificio de mampostería estructural de cuatro pisos sobre las tensiones de compresión de las paredes. Los resultados se obtuvieron de modelos estructurales, teniendo en cuenta acciones verticales y horizontales, cimientos rígidos y bases elásticas. El edificio analizado es simétrico en ambas direcciones y fue desarrollado para demostrar, de manera simplificada, lo que normalmente ocurre en los edificios habituales. Para este estudio de caso, se modelaron paredes con y sin aberturas (ventanas y puertas), con el objetivo de permitir la interacción y distribución de los esfuerzos resultantes de las diversas hipótesis de cálculo. Para la construcción de los modelos estructurales, se utilizó el software SAP2000, se hizo uso del pórtico lineal y de elementos de placa. Los análisis se realizaron a través de acciones clasificadas como permanentes (D), variables (L) y viento (W “90º” y W “0º”), generando diversas combinaciones e interacciones entre ellas. Las premisas de modelado para el edificio son: estructura - losas/paredes en elementos de placa; fundación - radier con pilotes en uso elementos de placa y barra respectivamente. En el trabajo se abordaron dos tipos de soluciones para fundaciones. En el primer modelo, el soporte de la punta del pilote se considera rígido (no removible), sin interacción de la estructura del suelo. En el segundo, el soporte de la punta de la estaca se considera flexible, con la interacción de la estructura del suelo. Para ambos modelos, la interacción entre el suelo y el radier no se consideró en este estudio. En la representación del soporte flexible, el coeficiente de resorte se obtuvo de un análisis geotécnico de una prueba de carga realizada en el suelo de una ciudad ubicada en el Distrito Federal, Brasil. Al comparar el comportamiento estructural del edificio sobre cimientos con soportes rígidos o elásticos, se observó que, para las mismas combinaciones de acciones aplicadas en los dos modelos, no se verificaron diferencias significativas ni en las tensiones de compresión de las paredes, ni siquiera en los momentos de flexión de las losas. Los valores de los esfuerzos activos, obtenidos por los modelos estructurales, fueron más altos que los esfuerzos resistentes de los bloques de albañilería en algunos puntos cercanos a los extremos, aberturas y encuentros con paredes. Este hecho demostró la necesidad de evaluar cuidadosamente las reuniones de paredes y dónde hay aberturas (ventanas y puertas). Se concluye que las acciones del viento no interfieren significativamente en un edificio de mampostería estructural de 4 pisos. Las diferencias entre las tensiones con cimientos rígidos y elásticos en las paredes, para este caso, son muy pequeñas y no tienen influencia en el diseño. La mayoría de los puntos de máxima tensión se encuentran en las esquinas inferiores de las paredes. Las tensiones de tensión surgen en la mampostería cerca de las aberturas. Por lo tanto, es necesario llenar con lechada y acero los bloques ubicados en las uniones de las paredes y también en los bloques adyacentes a las aberturas (ventanas y puertas). En las partes inferior y superior de las aberturas, es necesario usar dinteles/contrapesos para combatir las tensiones de tensión en la mampostería. Los procedimientos indicados garantizarán una mayor seguridad del edificio debido al aumento en la resistencia de los bloques reforzados por lechada/refuerzo, corroborando los conocimientos técnicos sobre el tema.Este trabalho avalia a influência da rigidez da fundação em um prédio de alvenaria estrutural de quatro pavimentos nas tensões de compressão das paredes. Os resultados foram obtidos a partir de modelos estruturais, levando-se em conta ações verticais e horizontais, fundação rígida e base elástica. O edifício analisado é simétrico nas duas direções e foi desenvolvido para demonstrar, de modo simplificado, o que normalmente ocorre em prédios usuais. Para esse estudo de caso, foram modeladas paredes com e sem aberturas (janelas e portas), com o objetivo de possibilitar a interação e distribuição dos esforços resultantes das várias hipóteses de cálculo. Para a construção dos modelos estruturais foi utilizado o software SAP2000, usando elementos lineares de pórtico e de placas. As análises foram realizadas por meio de ações classificadas em permanentes (D), variáveis (L) e vento (W “90º” e W “0º”), gerando várias combinações e interações entre elas. As premissas de modelagem para o edifício são: estrutura - lajes/paredes em elementos de placas; fundação - radier com estacas sendo utilizados elementos de placas e barras respectivamente. Foram abordados no trabalho dois tipos de solução para as fundações. No primeiro modelo, o apoio da ponta da estaca é considerado rígido (indeslocável), sem interação solo-estrutura. No segundo, o apoio da ponta da estaca é considerado flexível, ocorrendo interação solo-estrutura. Para ambos os modelos, não foi considerado neste estudo a interação do solo com o radier. Na representação do apoio flexível, o coeficiente de mola foi obtido a partir de uma análise geotécnica de uma prova de carga realizada no solo de uma cidade situada no Distrito Federal, Brasil. Comparando o comportamento estrutural do edifício em fundações com apoios rígido ou elástico, observou-se que, para as mesmas combinações de ações aplicadas nos dois modelos, não foram verificadas diferenças significativas nem nas tensões de compressão das paredes, e nem mesmo nos momentos fletores das lajes. Os valores das tensões atuantes, obtidos pelos modelos estruturais, foram superiores às tensões resistentes dos blocos de alvenaria em alguns pontos próximos as extremidades, aberturas e encontros das paredes. Esse fato comprovou a necessidade de se avaliar criteriosamente os encontros de paredes e onde há aberturas (janelas e portas). Conclui-se que as ações do vento não interferem significativamente em um edifício de alvenaria estrutural de 4 pavimentos. As diferenças entre as tensões com fundação rígida e elástica nas paredes, para este caso, são muito pequenas não tendo influência no dimensionamento. A maioria dos pontos de tensão máxima estão localizados nos cantos inferiores das paredes. Surgem tensões de tração nas alvenarias próximas às aberturas. Faz-se necessário, portanto, realizar o grauteamento e armação nos blocos situados nos encontros de paredes e também nos blocos contíguos às aberturas (janelas e portas). Nas partes inferiores e superiores das aberturas se faz necessário a utilização de vergas/contravergas, para combater as tensões de tração na alvenaria. Os procedimentos indicados garantirão maior segurança do edifício em virtude do aumento na resistência dos blocos reforçados por graute/armação, corroborando os entendimentos técnicos sobre o tema

TORRE DE TV DIGITAL DE BRASÍLIA: ANÁLISE ESTRUTURAL DOS CARREGAMENTOS EÓLICOS POR ELEMENTOS FINITOS

Em conformidade com a complexidade estrutural de diversas obras arquitetônicas de Oscar Niemeyer, a Torre de TV Digital de Brasília se destaca no que tange aos seus aspectos social, arquitetônico, estrutural, geográfico e aerodinâmico. Estando localizada em uma região de elevada altitude, livre de barreiras físicas em sua vizinhança, é constituída basicamente de uma geometria em forma de casca em concreto armado, tendo “braços” acoplados lateralmente, servindo como suporte estrutural para as cúpulas geodésicas. Sua extensão vertical compreende um tamanho de 120 metros. Tal estrutura está sujeita a consideráveis carregamentos eólicos. Este trabalho apresenta um modelo computacional em três dimensões que inclui o acoplamento fluido-estrutural para a Torre de TV Digital de Brasília, utilizando o método de elementos finitos. Neste contexto, as equações de campo Estrutural e Navier-Stokes dependentes do tempo são resolvidas numericamente. Diferentes perfis de escoamentos e deslocamentos da estrutura são analisados, considerando a influência da pressão e da intensidade da velocidade de escoamento eólico sobre a Torre. Neste estudo, são obtidos os perfis de velocidade do vento considerando diferentes disposições geométricas da Torre em relação ao escoamento eólico. Considera-se a velocidade de entrada sobre a Torre com perfil parabólico, sendo que o valor máximo é de 45,264 m/s, de acordo com os parâmetros intrínsecos estipulados para a velocidade característica descrita pela norma NBR 6123 (1988). O escoamento eólico sobre o modelo dá-se através ângulos de entrada 0º, 45º e 90º. Os máximos carregamentos e deslocamentos são obtidos e comparados com os valores pré-definidos para construções existentes na referida norma. A influência do carregamento eólico sobre a estrutura é realizada mediante a análise sistemática de curvas altura versus pressão

Análise experimental de vigas parede

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 1994.São analisadas experimentalmente 6 (seis) vigas parede de concreto armado com a utilização de concreto de resistência fc =34.2 MPa, simplesmente apoiadas e submetidas a duas cargas concentradas em terços de vão, aplicadas no seu bordo superior. As principais variáveis consideradas são a taxa geométrica da armadura principal e o tipo de armadura de alma (convencional e em tela soldada). O comportamento dessas vigas é analisado a partir dos deslocamentos verticais e laterais, da distribuição das deformações ao longo da altura e da abertura das fissuras que foram medidos em cada estágio de carga. Os resultados experimentais são apresentados, analisados e comparados com os valores teóricos obtidos segundo os métodos de cálculo mais utilizados para o dimensionamento de vigas parede de concreto armado. Esse trabalho inicia as pesquisas experimentais no Curso de Mestrado em Estruturas da Universidade de Brasília, fazendo parte da Linha de Pesquisa "Análise Experimental de Estruturas".Six tests on simply supported reinforced concrete deep beams using strength fc = 34.2 MPa concrete subjected to two point loads on the top edge were carried out. The main variables considered were the ratio of the main reinforcement and the type of the web reinforcement (ordinary and welded mesh type). The behavior of these beams is analysed based on the vertical and lateral displacements, strain distribution along the beams and crack propagation among other data that were registered during all stages of the tests. The experimental results are present, analysed and compared with those based on different simplified methods and international recommendations

Efeitos da interação solo-estrutura em estruturas de alvenaria estrutural

A alvenaria estrutural é um sistema construtivo que está em crescimento atualmente, por ser um sistema racionalizado aliando qualidade, rapidez e economia. Dessa forma, os estudos voltados para essa área são muito importantes para auxiliar o desenvolvimento dessa técnica. Entretanto, as análises, em sua maioria, são realizadas considerando as estruturas com apoios indeslocáveis, o que não é tão real, pois não considera o efeito do maciço de solo. Portanto, é importante efetuar a análise utilizando o conceito da interação solo-estrutura, que permite uma melhor relação entre a estrutura e o solo. O trabalho acadêmico visa estudar os efeitos de diversas combinações atuantes em um edifício, com fundação em radier flexível estaqueado, considerando apoio rígido e elástico. O estudo foi executado para variados modelos, com número crescente de 4 a 12 pavimentos, a fim de verificar a evolução das tensões nas paredes e dos momentos no radier e na laje do 4° pavimento. Projetou-se, primeiramente, o pavimento tipo da edificação utilizando o software AutoCAD®, em seguida, foi importado para o SAP2000®, no qual finalizou-se a modelagem e os resultados foram gerados. Estes estão apresentados na forma de tabelas, gráficos e imagens, a fim de melhor caracterizar o estudo e facilitar a vizualização dos dados e objetivos. Isso demonstrou que não houve mudança significativa entre os valores apresentados para os diferentes tipos de vínculos (rígido e elástico), bem como as ações do vento não influíram nas tensões de forma significativa. Além disso, percebeu-se mudanças abruptas nas tensões à medida que o número de pavimentos e a quantidade de estacas aumentavam. Em adição, nota-se que a estrutura concebida possui alta rigidez, o que evita grandes influências do vento independente do tipo de apoio. Diante disso, pode-se concluir que o aumento da rigidez do radier está diretamente ligado ao número de estacas e o seu posicionamento, o que influi nos resultados

ANÁLISE DE VIGAS PAREDE DE CONCRETO ARMADO ATRAVÉS DE SOFTWARE DE ELEMENTOS FINITOS

Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de vigas-parede de concreto armado, regiões especiais e não-lineares, onde a teoria da elasticidade tradicional não pode ser aplicada. Estudou-se as tensões existentes nestas vigas-parede, e os tipos de ruptura. Além disso, o trabalho passa superficialmente pela importância da armadura, o enrijecimento dos apoios e ainda analisa o concreto com fibras. A maior parte do trabalho serviu para melhor entender como funciona os modelos de biela-tirante no dimensionamento de estruturas e o uso de elementos finitos, como método de encarar problemas com não-linearidade. Este trabalho também teve como finalidade o estudo de um novo software, ABAQUS/CAE, buscando-se uma maior compreensão de como este funciona e como é sua forma de gerar os resultados através das diversas ferramentas de análises que este possui. Os programas CAE que fazem parte do ABAQUS, são programas para análises em estruturas, sendo que o modo de análise é dividida em passos: Parts – aonde são criadas as partes geométricas que compõem o modelo; Properties – aonde se define as propriedades dos materiais e das seções das partes; Assembly- aonde se juntam as partes individuais para criar o conjunto final; Step – aonde se definem os passos de análise e as variáveis que interessam; Interaction – um passo opcional que define a interação entre as partes individuais e em quais passos cada uma pode se manifestar; Load – aonde se criam as condições de contorno e os carregamentos desejados; Mesh – aonde se discretiza o modelo no tipo de elementos finitos desejado; Job – aonde se define a análise desejada e se submete o modelo a esta análise; e finalmente, Visualization – a representação dos resultados

ANÁLISE NUMÉRICA E HISTÓRICA DO PROJETO ESTRUTURAL DA "IGREJINHA" NOSSA SENHORA DE FÁTIMA EM BRASÍLIA – DF

A arquitetura de Oscar Niemeyer significou grande avanço tecnológico estrutural, pois seus projetos são, do ponto de vista da engenharia, sinônimo de novidade e evidenciam resultados surpreendentes. A sutileza com que Oscar Niemeyer deu forma à "Igrejinha" Nossa Senhora de Fátima se destaca na arquitetura internacional. Porém, não só sua arquitetura merece destaque, o projeto estrutural desse edifício, calculado pelo engenheiro Joaquim Cardozo, é elemento fundamental na concepção da forma arquitetônica. Joaquim Cardozo é considerado um pioneiro do Movimento Moderno e calculista das principais obras de Oscar Niemeyer. A análise adequada das estruturas de concreto em obras exponenciais como as de Oscar Niemeyer pode consagrar a revolução teórica nas técnicas construtivas e de concepção estrutural que permitiram o avanço dos conceitos da arquitetura. A estrutura da Igrejinha é tão sutil quanto sua arquitetura - Pilares, vigas e lajes. A inventividade do engenheiro está justamente na forma como foram utilizados esses elementos. Tomando-se por base projetos originais da obra analisada, este trabalho faz uma análise numérica do projeto estrutural da "Igrejinha" com ferramentas computacionais disponíveis, como o SAP 2000, observando as soluções técnicas do sistema estrutural adotado e apresenta o projeto das peças estruturais da edificação segundo duas versões da Norma Brasileira para Concreto Armado – NB1/1960 e a NBR 6118/2014, analisando o desempenho estrutural do projeto original