Análise estática de lajes de concreto armado incluindo não-linearidade física e geométrica

O objetivo desta dissertação é desenvolver uma formulação para análise não-linear de lajes de concreto armado, através do Método dos Elementos Finitos. O modelo inclui o comportamento mecânico não-linear dos matérias. A possibilidade de ocorrerem grandes deslocamentos e a influência das condições de contorno no plano. O carregamento dever monótono crescente e de curta duração. Inicialmente é estabelecida uma formulação analítica para placas, considerando a deformação por corte e a ocorrência de deformações finitas. Na aplicação do Método dos Elementos Finitos para solução do problema é utilizado um elemento isoparamétrico quadrático, de oito nós da família Serendipity. Aplicando-se o Princípio dos Trabalhos Virtuais, chega-se a um sistema de equações de equilíbrio não-lineares. O comportamento mecânico da estrutura é avaliado através de um modelo laminar. O concreto é modelado como um material isotrópico, não-linear elástico. A fissuração é incluída através de um modelo distribuído, considerando-se a rigidez à tração do concreto entre fissuras (“tension stiffening”). A armadura é representada como uma camada de aço de espessura equivalente, que apenas resiste a esforços normais na direção das barras. O aço é idealizado como um material elástico bilinear, admitindo-se perfeita aderência entre a armadura e o concreto. Na solução do sistema de equações não-lineares é empregado o Método de Newton-Raphson modificado. Como forma de acelerar a convergência é introduzido o Método Secante-Newton. É feita a comprovação experimental do modelo, demonstrando-se a grande influência que a não-lenaridade geométrica e as condições de contorno no plano exercem sobre a resposta estática de lajes de concreto armado

Simulação numérica de placas de aço em estruturas navais e offshore

Placas são elementos estruturais de superfície plana amplamente empregados em engenharia, cuja espessura é pequena quando comparada com as demais dimensões. Estas estruturas laminares podem ser delimitadas por linhas retas, denominadas enrijecedores, formando parte integrante de estruturas de navios e plataformas de petróleo offshore. É muito comum encontrar perfurações nessas placas para inspeção e manutenção, e o tamanho desses furos tem significativa importância no desempenho da estrutura. Uma análise não-linear da flambagem com base no método dos elementos finitos, considerando-se as imperfeições geométricas iniciais e as não-linearidades do material, foi realizada para um grupo de 150 placas. A modelagem computacional foi realizada no software ANSYS, onde foi possível obter a carga de ruptura última para cada modelo e analisar a influência do tamanho do furo, da esbeltez e do comprimento variável na capacidade de carga das placas. Ficou evidente que a força máxima é significativamente reduzida pelo furo. Nota-se também que quanto mais espessa a placa, maior sua resistência, que a capacidade de carga é raramente afetada com a variação de seu comprimento

Comparison of two FORM methodologies for reinforced concrete beams under flexure

The response of a reinforced concrete structure is influenced by the variability of design parameters such as materials strengths, geometry, and load intensity. One of the most rational ways to assess the safety level of a reinforced concrete structure is to employ a probabilistic approach. This paper aims to compare the reliability indexes for a set of reinforced concrete beams according to two different methodologies, based on the association of First Order Reliability Method (FORM) with the ANSYS software. In the first methodology, the reliability indexes were assessed through the direct coupling of the FORM to the Finite Element model. In the second methodology, a response surface was employed to fit a flexural resistance function, based on the FE results, being the reliability indexes assessed by an external FORM algorithm. The results showed that both methodologies led to equivalent reliability indexes and that the safety level of the beams, which were designed according to the Brazilian code NBR 6118:2014, is mainly influenced by the load combination, presenting unsatisfactory values when the live load increases

Verificação da confiabilidade estrutural no projeto de vigas Portuárias de concreto protendido

O objetivo do presente trabalho é avaliar a confiabilidade estrutural nos projetos de vigas portuárias de concreto protendido, conforme critérios das normas vigentes, devido à necessidade de se verificar a influência da variação dos parâmetros de projeto sobre a segurança da estrutura. Será verificada a confiabilidade em relação ao estado limite último de flexão. Desenvolveu-se um modelo para análise de estruturas portuárias de concreto, o qual foi validado confrontando os resultados obtidos com dados experimentais pré-existentes. Posteriormente procedeu-se a avaliação do índice de confiabilidade segundo o método de confiabilidade de primeira ordem. Depois de calculado o índice de confiabilidade foram realizados estudos paramétricos com vistas a observar a variação deste frente a três variáveis aleatórias: resistência característica a compressão do concreto; resistência característica de ruptura por tração da armadura ativa; relação entre carga permanente e carga total. Este estudo permite estimar a sensibilidade do projeto em relação às variáveis aleatórias consideradas no modelo. Em função dos dados observados se verificou que a maior variação no índice de confiabilidade ocorreu frente à variação da relação entre carga permanente e carga total, porém, destaca-se a importância da análise conjunta das variáveis envolvidas no processo

ANÁLISE PROBABILÍSTICA DAS REAÇÕES NAS ESTACAS DE UM CAIS DE CONTÊINERES

Neste trabalho aplicou-se o método de simulações de Monte Carlo ao modelo estrutural de um cais de contêineres com o objetivo de verificar as distribuições de probabilidade das reações máximas da estrutura. Duas combinações de carregamentos externos atuantes foram apresentadas, ambas simulando condições reais de funcionamento do terminal portuário. Aos parâmetros de entrada das simulações ”“ ações externas devidas ao peso próprio, sobrecarga, forças de amarração e equipamentos ”“ foram atribuídas distribuições de probabilidade baseando-se na bibliografia ou em dados obtidos pelos autores. O modelo estrutural em elementos finitos e as simulações de Monte Carlo foram elaborados no software ANSYS®, em sua interface APDL Mechanical, enquanto que as análises estatísticas foram executadas com software Statistica®. Os resultados demonstram que, para as duas situações estudadas, assim como as ações externas mais significativas para os valores das reações, as forças e momentos de reações nas bases das estacas do cais considerado ajustam-se adequadamente a distribuições normais de probabilidade

Efeitos das operações de controle tecnológico do concreto na avaliação da confiabilidade de pilares de concreto armado

Conhecer o comportamento do concreto como material estrutural, quantificando com precisão suaspropriedades, apresenta-se como uma tarefa fundamental de modo a garantir a confiabilidade das estruturas.Na medida em que se ampliam os controles das propriedades do material nas obras ao redor do mundo,crescem os casos de concretos não conformes. São definidos como concretos não conformes os materiais emque uma ou mais especificações de projeto não são cumpridas. Em geral, a questão da não conformidaderecai sobre o não atendimento da resistência à compressão, uma vez que esta é a propriedade mais medidadentro do processo de controle. Dentre as possíveis causas do insucesso, surge a influência exercida pelosprocedimentos de ensaio, incluindo neste as possíveis diferenças entre resultados oriundos de distintoslaboratórios. O presente trabalho expõe, com base nas análises apresentadas em MAGALHÃES et al. [1], ainfluência dos resultados do controle tecnológico do concreto oriundo de distintos locais, na avaliação daconfiabilidade estrutural de pilares de edifícios usuais de concreto armado dimensionados de acordo com anorma ABNT NBR 6118 [2]. A capacidade resistente dos elementos estruturais é determinada através de ummodelo computacional baseado no método dos elementos finitos. A segurança estrutural é avaliada atravésdo valor do índice de confiabilidade determinado através do emprego de simulações de Monte Carlo. Osresultados mostram que diferentes locais de ensaio podem levar a elevadas variações na avaliação dos níveisde segurança estrutural.Palavras-chave: concreto não conforme; controle tecnológico; resistência à compressão; confiabilidadeestrutural

Effects of concrete quality control on the reliability assessment of reinforced concrete columns

Conhecer o comportamento do concreto como material estrutural, quantificando com precisão suas propriedades, apresenta-se como uma tarefa fundamental de modo a garantir a confiabilidade das estruturas. Na medida em que se ampliam os controles das propriedades do material nas obras ao redor do mundo, crescem os casos de concretos não conformes. São definidos como concretos não conformes os materiais em que uma ou mais especificações de projeto não são cumpridas. Em geral, a questão da não conformidade recai sobre o não atendimento da resistência à compressão, uma vez que esta é a propriedade mais medida dentro do processo de controle. Dentre as possíveis causas do insucesso, surge a influência exercida pelos procedimentos de ensaio, incluindo neste as possíveis diferenças entre resultados oriundos de distintos laboratórios. O presente trabalho expõe, com base nas análises apresentadas em MAGALHÃES et al. [1], a influência dos resultados do controle tecnológico do concreto oriundo de distintos locais, na avaliação da confiabilidade estrutural de pilares de edifícios usuais de concreto armado dimensionados de acordo com a norma ABNT NBR 6118 [2]. A capacidade resistente dos elementos estruturais é determinada através de um modelo computacional baseado no método dos elementos finitos. A segurança estrutural é avaliada através do valor do índice de confiabilidade determinado através do emprego de simulações de Monte Carlo. Os resultados mostram que diferentes locais de ensaio podem levar a elevadas variações na avaliação dos níveis de segurança estrutural.Knowing the behavior of concrete as a structural material, accurately quantifying its properties, presents itself as a major task to ensure the reliability of structures. As the control of material properties in the construction works increases around the world, the cases of non-compliant concrete are also growing. Materials in which one or more design specifications are not met are defined as non-compliant concrete. In general, the issue of non-compliance results from the non-fulfillment of the compressive strength, since this is the property most commonly tested within the control process. Among the possible causes of failure, there is the influence exerted by test procedures, including the possible differences between results coming from different laboratories. Based on the analysis presented in Magalhães et al. [1], the present work studies the influence of the results of concrete quality control coming from different test sites, on the evaluation of the structural reliability of columns of usual reinforced concrete buildings, designed according to the standard code NBR 6118 [2]. A computer model based on the finite element method determines the bearing capacity of the structural element. The structural safety is assessed by the value of the reliability index, which is calculated by means of Monte Carlo simulations. The results show that different test sites can lead to high variations in the evaluation of structural safety levels

Estudo probabilístico da durabilidade das estruturas de concreto armado em ambiente marítimo

Vários modelos de durabilidade do concreto armado em ambiente marítimo utilizam o método de Monte Carlo sem considerar a influência do grau de saturação. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise probabilística da durabilidade dessas estruturas situadas em ambiente marítimo, utilizando o método de Monte Carlo, baseado na segunda lei de Fick, e considerando a influência do grau de saturação. Diversos parâmetros envolvidos nesse modelo são na realidade variáveis aleatórias, sendo que neste estudo admitiu-se apenas o grau de saturação sob esta condição. Depois de realizadas inúmeras simulações de Monte Carlo, é feita uma análise estatística dos resultados obtidos. Através desta análise é possível determinar o valor esperado da vida útil da estrutura, sua variância e a probabilidade de ser a vida útil inferior a um determinado valor especificado em projeto

Modelos de estimativa do grau de saturação do concreto a partir das variáveis ambientais aplicados à análise de confiabilidade de estruturas de concreto armado atacadas por íons cloreto

A problemática da durabilidade de estruturas de concreto armado inseridas em ambientes de severa agressividade se apresenta como uma das principais dificuldades enfrentadas pela cadeia da construção civil. Dos vários agentes capazes de degradar estas estruturas tem-se atenção especial aos íons cloreto capazes de causar a corrosão de armaduras, estes íons estão amplamente presentes em ambientes marinhos. Neste espectro, a estimativa de vida útil das estruturas de concreto armado se torna uma temática fundamental na avaliação da durabilidade de estruturas. Apesar de vários processos causarem penetração de cloretos no concreto tem-se praticamente como consenso que o mecanismo de difusão é o predominante, tendo-se como um modelo clássico de caracterização da penetração de cloretos a 2ª Lei da difusão de Fick. O processo de difusão iônica sofre forte influência do grau de saturação (GS) dos poros do concreto, está influencia incide diretamente sobre o coeficiente de difusão de cloretos (D). Ainda que se tenham desenvolvido metodologias de medição do GS elas se apresentam dispendiosas em tempo e recursos. Objetiva-se então apresentar estimativas do Grau de Saturação, baseadas nas condições ambientais de exposição da estrutura, e analisar a influência deste parâmetro na estimativa de vida útil de elementos estruturais de concreto armado sob a ótica da confiabilidade. São utilizados dados meteorológicos e de medição do GS de duas regiões litorâneas, sendo uma em Rio Grande, no sul do Brasil e outra em Santa Pola, sudeste da Espanha. Obtiveram-se modelos de estimativa do GS do concreto para cada situação pesquisada e também para ambos os ambientes em conjunto. Constatou-se então, através de uma abordagem probabilística, a forte influência do uso destes modelos na estimativa de vida útil de elementos de concreto armado.Palavras-chave: Concreto. Ambiente Marinho. Grau de saturação. Durabilidade. Modelagem.