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Bloco sobre estacas ou bloco de fundação são elementos estruturais que encontram-se presentes corriqueiramente em obras civis. Visando melhorar o entendimento sobre seu comportamento estrutural, apresentam-se resultados de estudos experimentais de blocos sobre duas estacas. Visando complementar os resultados, apresentam-se dados obtidos via simulação numérica. Essas análises foram feitas utilizando modelos tridimensionais por meio do método dos elementos finitos, nas quais consideraram-se as não-linearidades físicas dos materiais concreto e aço. São apresentados resultados relativos à força última suportada pelos modelos durante os ensaios, abertura de fissuras, distribuição de tensões nas bielas de compressão e relações de força versus deslocamento. Verificou-se que a existência de armadura secundária aumenta a capacidade portante dos blocos, e que nas simulações numéricas, os modelos apresentaram maior rigidez quando comparado aos resultados experimentais Pile caps are structural elements routinely present in civil constructions. In order to improve the understanding of their structural behavior, are presented experimental studies results of two pile caps reinforced concrete. To complement the results, a numerical simulation based on the finite element method considering nonlinear behavior of materials was developed. Results on the ultimate load supported by the specimens, crack, stress distribution on the compression strut, and relation force versus displacement are presented. It was found that the existence of secondary reinforcement increases the bearing capacity of pile caps, as well the numerical simulations show that the models have higher stiffness compared to experimental results.

Bloco sobre estacas ou bloco de fundação são elementos estruturais que encontram-se presentes corriqueiramente em obras civis. Visando melhorar o entendimento sobre seu comportamento estrutural, apresentam-se resultados de estudos experimentais de blocos sobre duas estacas. Visando complementar os resultados, apresentam-se dados obtidos via simulação numérica. Essas análises foram feitas utilizando modelos tridimensionais por meio do método dos elementos finitos, nas quais consideraram--se as não-linearidades físicas dos materiais concreto e aço. São apresentados resultados relativos à força última suportada pelos modelos durante os ensaios, abertura de fissuras, distribuição de tensões nas bielas de compressão e relações de força versus deslocamento. Verificou-se que a existência de armadura secundária aumenta a capacidade portante dos blocos e que, nas simulações numéricas, os modelos apresentaram maior rigidez quando comparados aos resultados experimentais Pile caps are structural elements routinely present in civil constructions. In order to improve the understanding of their structural behavior, are presented experimental studies results of two pile caps reinforced concrete. To complement the results, a numerical simulation based on the finite element method considering nonlinear behavior of materials was developed. Results on the ultimate load supported by the specimens, crack, stress distribution on the compression strut, and relation force versus displacement are presented. It was found that the existence of secondary reinforcement increases the bearing capacity of pile caps, as well the numerical simulations show that the models have higher stiffness compared to experimental results

Entre os elementos que compõe uma estrutura, tem-se os elementos de superfície, que são aqueles em que a espessura é muito menor que as outras dimensões. As lajes são exemplos desses elementos. Dentre os diversos esforços que ela deve resistir, está a força cortante, que geram as tensões de cisalhamento no seu domínio. Em algumas peças, essas tensões de cisalhamento são resistidas pelo concreto não fissurado e pela armadura de cisalhamento. Em alguns casos, as peças não apresentam armadura para resistir à força cortante e então essa tensão deve ser resistida por outros fatores. Alguns desses fatores que influenciam na resistência a essa tensão de cisalhamento são altura do elemento, armadura longitudinal, resistência a compressão do concreto, tamanho das fissuras, entre outros. O presente trabalho pretende analisar, experimentalmente, qual é a influência da variação da altura das lajes (8, 11 e 14 cm) e da taxa de armadura. Para isso, foram estudadas 9 (nove) lajes distintas, variadas em função dos parâmetros acima citados. Em relação a variação de altura, conclui-se que o aumento dessa, mesmo com as mesmas taxas de armadura, contribuiu para o aumento da força última resistente. Mantida a altura, o aumento da taxa de armadura, com a inclusão de armadura superior, também resultou num aumento da resistência a força última da peça. Analisando os deslocamentos, notou-se, assim como esperado, que a laje de maior altura apresentou ser mais rigida. Among the elements that composes a strucuture, we have the surface elements, which are the ones the thickness is smaller than the other dimensions. Slabs are examples of these elements. Amid the many efforts it must resist, there is the shear force, which generates shear stress. In some components, this stress is hold up by uncracked concrete and reinforcements. In some cases, the components do not have reinforcements to resist the shear force and then the stress must be beared through other factors. Some of the factors that influence the resistance to this shear stress are thickness, longitudinal reinforcement, concrete compressive strength, crack size, and others. The present paper analyzes, experimentally, what is the influence in the variation in the height of the pieces (8, 11 e 14 cm) and in the reinforcement in the shear strength. For this, 9 slabs were studied, varied according to the parameters mentioned above. Regarding the height variation, it is concluded that the increase in height, even with the same reinforcement rates, contributed to the increase of the ultimate resistant force. Maintaining the height, increasing the reinforcement ratio, with the inclusion of superior reinforcement, also resulted in an increase in the ultimate strength of the part. Analyzing the displacements, it was noticed that, for the slab with the highest height, the part was the most rigid. Dissertação (Mestrado)

UFU - Universidade Federal de Uberlândia Os elementos de fundação possuem a função de transferir as ações da superestrutura para o solo. Para escolher o tipo de fundação ideal, deve se considerar o tipo de solo, a topografia da região, condições econômicas, as ações incidentes e as fundações disponíveis na localidade. Blocos de coroamento ou blocos sobre estacas têm a função de transmitir as ações do pilar para as estacas. Por ser um elemento que não permite inspeção visual, é muito importante conhecer a fundo seu comportamento em serviço, para poder dimensioná-lo de forma mais eficiente e se obter o melhor desempenho do elemento. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo realizar um estudo de caso de blocos sobre estacas com pilares associados, comparando com modelos com pilar equivalente, por meio de modelagem computacional, considerando que os materiais terão comportamento elástico e linear. Esperou-se analisar as reações nas estacas, os deslocamentos verticais no pilar, na face inferior do bloco e na ponta das estacas centrais e as tensões de compressão e tração. Para isso, foram estudados 36 modelos de blocos sobre 12 estacas, variando alguns parâmetros, sendo eles, o tipo de pilar, a altura, a presença ou não de solo e a resistência característica à compressão do concreto. As principais conclusões foram que os blocos com as maiores alturas tiveram os menores valores de deslocamento e tensões de compressão e tração e os blocos com o pilar equivalente tiveram maiores valores de deslocamentos e tensões em comparação aos blocos com pilares associados. The foundation elements have the function of transferring the actions of the superstructure to the ground. To choose the ideal type of foundation, one must consider the type of soil, the topography of the region, economic conditions, the incidental actions and the foundations available in the locality. Crown blocks or blocks on piles have the function of transmitting the actions of the column to the piles. As it is an element that does not allow visual inspection, it is very important to know its behavior in service in depth, in order to be able to dimension it more efficiently and obtain the best performance from the element. This work aimed to carry out a case study of blocks on piles with associated columns, comparing them with models with equivalent column, through computational modeling, considering that the materials will have elastic and linear behavior. It was expected to analyze the reactions in the piles, the vertical displacements in the column, in the lower face of the block and in the tip of the central piles and the tensions of compression and tension. For this, 36 models of blocks on 12 piles were studied, varying some parameters, being them, the type of column, the height, the presence or not of soil and the characteristic compressive strength of the concrete. The main conclusions were that the blocks with the highest heights had the lowest values of displacement and compressive and tensile stresses and the blocks with the equivalent column had higher values of displacements and stresses compared to blocks with associated columns. Dissertação (Mestrado)

A literatura aborda alguns fatores que influenciam a resistência à força cortante, como a resistência à compressão do concreto, a taxa de armadura longitudinal, a altura da seção do elemento e entre outros. Focando em lajes maciças de concreto armado em uma direção e sem armadura transversal submetida à força cortante, este trabalho teve como propósito realizar uma análise numérica do comportamento desse elemento, verificando a influência que a taxa de armadura longitudinal exerce sobre o ganho de resistência à força cortante. Diante disso, foi necessário a utilização de dados experimentais para aferição do modelo numérico, ou seja, para obter um modelo representativo ao experimental. Considerando esses aspectos, foram realizadas simulações com variação dos fatores já exposto que afetam a resistência à força cortante. Desta forma, foram obtidas as curvas de força x deslocamento, as tensões de cisalhamento e o panorama de fissuração das lajes. Além dessa análise numérica realizada por meio do programa ANSYS® Workbench, foi aplicado uma análise estatística de Planejamento Experimental Fatorial com Análise de Variância por meio do programa Minitab®, verificando qual o fator afetou de forma mais significativa a tensão de cisalhamento, variável de resposta extraída da simulação numérica e considerando um nível de significância de 5%. Os resultados demostraram que a taxa de aço da armadura longitudinal influenciou na obtenção da força última e no deslocamento, contudo, o fator que mais impactou na tensão de cisalhamento, foi a altura da laje. Além disso, quando há interação da altura com a resistência à compressão do concreto, obtém melhor rendimento na capacidade resistente desse elemento, no entanto, é importante lembrar que a taxa de armadura longitudinal teve sua contribuição na transferência das tensões de cisalhamento, sendo um fator que também afeta a resistência à força cortante, mas de forma não predominante. Já, o panorama de fissuração, inicia-se na região da aplicação do deslocamento com direções diagonais, consequentemente apresentando-se a seção da laje que está no Estádio I, II e III, no momento da sua ruptura. Por fim, foi possível determinar que a altura da seção transversal da laje foi o fator relevante, em relação aos demais, sendo esse parâmetro responsável pela maior influência ou contribuição no ganho de resistência nos mecanismos complementares. Já as amaduras na borda superior da laje, foi um fator menos relevante, que demostrou não ser útil na capacidade resistente nesse elemento. The literature addresses some factors that influence the shear strength, such as the compressive strength of concrete, the longitudinal reinforcement rate, the height of the element section and others. Focusing on solid slabs of reinforced concrete in one direction and without transverse reinforcement subjected to shear force, this work aims to perform a numerical analysis of the behavior of this element, verifying the influence that the rate of longitudinal reinforcement exerts on the gain of resistance to shear force. Therefore, it was necessary to use experimental data to assess the numerical model, that is, to obtain a model representative of the experimental one. Considering these aspects, simulations were performed with variation of the factors already exposed that affect the resistance to shear force. In this way, the force x displacement curves, the shear stresses and the cracking panorama of the slabs were obtained. In addition to this numerical analysis performed using the ANSYS® Workbench program, a statistical analysis of Factorial Experimental Design with Analysis of Variance was applied using the Minitab® program, verifying which factor most significantly affected the shear stress, the response variable extracted from the numerical simulation and considering a significance level of 5%. The results showed that the steel rate of the longitudinal reinforcement influenced the obtaining of the ultimate force and displacement, however, the factor that most impacted the shear stress was the height of the slab. In addition, when the height interacts with the compressive strength of the concrete, it obtains a better yield in the resistant capacity of this element, however, it is important to remember that the longitudinal reinforcement rate had its contribution in the transfer of shear stresses, being a factor which also affects shear strength, but not predominantly. The cracking panorama, on the other hand, begins in the region of application of the displacement with diagonal directions, consequently presenting the section of the slab that is in Stages I, II and III, at the moment of its rupture. Finally, it was possible to determine that the height of the cross section of the slab was the relevant factor, in relation to the others, being this parameter responsible for the greatest influence or contribution in the gain of resistance in the complementary mechanisms. On the other hand, the ripening at the upper edge of the slab was a less relevant factor, which proved not to be useful in the resistance capacity of this element. Dissertação (Mestrado)

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento As lajes podem ser submetidas a força cortante o que ocasiona tensão de cisalhamento no elemento estrutural, como ocorrido no sistema estrutural em que se têm lajes apoiadas diretamente sobre pilares, sem a utilização de vigas para intermediar a transmissão de esforços entre esses dois elementos. Nesse contexto, existem fatores que contribuem para o aumento da resistência à força cortante em estruturas de concreto sem armadura para força cortante, tais como a altura da seção transversal, a taxa de armadura longitudinal, o tamanho das fissuras e a resistência à compressão do concreto. Alguns trabalhos buscaram analisar a influência desses fatores sobre o ganho de resistência à força cortante em lajes armadas em duas direções. Diante disso, o presente trabalho visou, por meio da análise numérica, compreender a influência de três principais parâmetros como a espessura da laje, a resistência à compressão do concreto e a taxa de armadura longitudinal sobre a resistência à força cortante em lajes armadas em duas direções sem armadura transversal, além da definição do parâmetro que possui maior contribuição. Para isso, foram elaborados dois modelos numéricos: o primeiro modelo numérico não apresentou resultados representativos dos modelos experimentais, além de não trazer uma boa reprodução do comportamento das lajes; já com o Modelo II foi possível chegar a resultados próximos aos dos modelos experimentais. Dessa forma, foi empregado o Modelo II para a realização das simulações com a variação dos parâmetros em estudo. Com os resultados foi empregada a análise de variância para a determinação do fator de maior relevância sobre o aumento da resistência à força cortante. Por fim, foi verificado que para as lajes esbeltas os fatores considerados na pesquisa não apresentam grande significância sobre a resistência ao cisalhamento, sendo necessária a definição de novas variáveis para a definição do fator de maior relevância. Já para o grupo de lajes espessas foi determinado como fator relevante a taxa de armadura longitudinal, sendo o parâmetro que exerce maior influência sobre o ganho de resistência à força cortante. The slabs can be subjected to shear force, which causes shear stress in the structural element, as occurred in the structural system in which slabs are supported directly on columns, without the use of beams to mediate the transmission of forces between these two elements. In this context, there are factors that contribute to the increase in shear strength in concrete structures without shear reinforcement, such as cross-sectional height, longitudinal reinforcement ratio, crack size and concrete compressive strength. Some studies sought to analyze the influence of these factors on the shear strength gain in slabs reinforced in two directions. Therefore, the present work aimed, through numerical analysis, to understand the influence of three main parameters such as slab thickness, concrete compressive strength and longitudinal reinforcement ratio on shear strength in the reinforced concrete two-way slabs without shear reinforcement, in addition to defining the parameter that has the greatest contribution. For that, two numerical models were elaborated: the first numerical model did not present representative results of the experimental models, besides not bringing a good reproduction of the behavior of the slabs; with Model II it was possible to reach results close to those of the experimental models. Thus, Model II was used to carry out the simulations with the variation of the parameters under study. With the results, analysis of variance was used to determine the most relevant factor on the increase in shear strength. Finally, it was verified that for slender slabs the factors considered in the research do not present great significance on the shear strength, being necessary the definition of new variables to define the most relevant factor. For the group of thick slabs, the longitudinal reinforcement ratio was determined as a relevant factor, being the parameter that exerts the greatest influence on the gain in shear strength. Dissertação (Mestrado)

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento Os blocos sobre estacas são elementos de fundação que são responsáveis por transmitir as cargas dos pilares para as estacas. Para compreender como essa transmissão de cargas e os esforços que ocorrem dentro dos blocos sobre estacas, diversos métodos e modelos foram desenvolvidos na literatura, ressaltando-se o Método de Bielas e Tirantes, método cuja premissa inicial é a existência de uma treliça no interior dos blocos, onde os esforços das bielas são resistidos pelo concreto e os esforços nos tirantes são resistidos pelas armaduras do bloco. O trabalho teve como objetivo analisar o comportamento dos blocos de fundação quando são utilizadas estacas metálicas. A primeira parte do trabalho foi um estudo dos ensaios experimentais de diversos autores analisando os resultados mediante diferentes modelos de cálculos e limites da literatura, com o intuito de observar as diferenças entre os modelos. Com essas análises, verificou-se que os modelos de cálculos e limites da literatura apresentam divergências entre si e, com isso, realizou-se uma análise crítica destes resultados, ressaltando-se a importância do conhecimento das hipóteses e limitações de cada um. A segunda parte do trabalho consistiu no ensaio experimental de quatro blocos sobre duas estacas metálicas onde a variável era o posicionamento da armadura principal de tração do bloco. Com os experimentos, pôde-se observar que quando a armadura principal de tração é posicionada lateralmente ao topo da estaca metálica há uma maior ramificação das fissuras, enquanto o bloco com armadura posicionada sobre o topo da estaca apresenta uma maior rigidez aos deslocamentos. Além disso, os ensaios demonstraram que os blocos de fundação apresentaram comportamento semelhante ao comportamento estudado por outros autores da literatura, confirmando também duas hipóteses apresentadas em outros estudos: a força atuante no tirante não é constante em todo seu comprimento e a estaca está sujeita a esforços de flexo-compressão. Piling caps are foundation elements that are responsible for transmitting the loads from the columns to the piles. Several methods and models have been developed in the literature aiming to understand the proccess of transference and the current efforts, with emphasis on the Strut-and-tie Method, a method whose initial premise is the existence of a dimensional truss inside of the blocks, where the struts compressions are resisted by the concrete and the tie tensils are resisted by the pile cap reinforcement. The aim of this thesis was to analyze the behavior of pile caps when using steel piles. The first part of the thesis was a study of the experimental tests of several authors, analyzing the results through different design models and literature limits, in order to observe the differences between the models. With these analyses, it was found that the design models and limits in the literature are different from each other and, therefore, a throughout analysis was required, emphasizing the importance of knowing the hypotheses and limitations of each subject. The second part of the was a experimental test of four pile caps on two metal piles where the variable was the position of the rebar of the pile cap. After the experiments, it was observed that when rebar is positioned laterally to the top of the metallic pile, there is a greater ramification of the cracks, while the pile cap with rebar positioned on the top of the pile presents a greater stiffness. Furthermore, the tests showed that the pile caps tested presented as same behavior as studied by other authors in the literature, also confirming two hypotheses presented in other studies: the force on the tie is not constant throughout its length and the pile is subject to flexion-compression efforts. Dissertação (Mestrado) 2023-08-30

O aumento do tráfego de veículos nas rodovias brasileiras, assim como o aumento do seu peso e da sua capacidade de carga, tem exigido pontes cada vez maiores e mais resistentes. Diante disso, é preciso também adequar as pontes antigas às atuais condições de tráfego, realizando, para isso, atividades de reforço e alargamento destas estruturas. Neste contexto, esta pesquisa busca analisar a distribuição de momentos fletores e forças cortantes devidos à carga móvel em superestrutura de pontes retas com múltiplas longarinas que passaram por um processo de alargamento de sua seção transversal. Para tanto, foi utilizado o método de Leonhardt adaptado às pontes com tabuleiros alargados, o modelo numérico via Método dos Elementos Finitos (MEF), com o auxílio do programa CSiBridge®, versão 21, e o método proposto pela AASHTO LRFD (2017). Foram feitas análises de situações de pontes com diferentes números de longarinas, diferentes números de transversinas intermediárias e com concretos de diferentes resistências na região de alargamento, as quais permitiram concluir que a distribuição de esforços entre longarinas de mesma geometria dependeu fundamentalmente do aumento da rigidez do tabuleiro potencializada pelo aumento da resistência do concreto na região de alargamento e que, quanto maior era a resistência do concreto nessa região, mais esforços eram absorvidos pelas longarinas de alargamento e menos pelas longarinas já existentes. Além disso, observou-se que o número de transversinas intermediárias teve pouca influência na distribuição de esforços entre as longarinas de uma ponte alargada e que um número maior de longarinas acrescidas à ponte original resultou em maiores alívios de esforços nas longarinas iniciais. The increase in vehicle traffic on Brazilian highways and the increasing your weight and carrying capacity have required increasingly larger and more resistant bridges. Nonetheless, it is also necessary to adapt the old bridges to the current traffic conditions, carrying out activities to reinforce and widen these structures. In this context, this research aims to analyze the distribution of bending moments and shear forces due to the mobile load in superstructure of straight bridges with multiple beams that went through a process of widening their cross section. Therefore, the Leonhardt method adapted to bridges with wide decks, the numerical model by Finite Element Method (FEM), using the CSiBridge® program, version 21, and the method proposed by AASHTO LRFD (2017) were used. Analysis of bridge situations with different numbers of beams, different numbers of intermediate transverses and with concretes of different strengths in the widening region were carried out. As results, it is concluded that the distribution of forces between beams of the same geometry depended fundamentally on the increase in the rigidity of the deck, intensified by the increase in the strength of the concrete in the widening region. In addition, it was observed that the greater the strength of the concrete in widening, the more forces were absorbed by the widening beams and less by the existing beams. Finally, it was observed that the number of intermediate transverses had little influence on the distribution of forces between the beams of a widened bridge and that a greater number of beams added to the original bridge resulted in greater stress relief in the initial beams.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho foram abordadas formulações para análise da estabilidade estrutural de arcos simétricos, com forma circular, por meio da determinação da força referente ao primeiro modo de flambagem (força crítica). Quatro condições de carregamento foram propostas para análise: força uniformemente distribuída na direção radial, força verticalmente concentrada no meio do vão, força uniformemente distribuída ao longo do vão e força concentrada na direção radial. Três modelos para análise foram desenvolvidos a partir das formulações, sendo um modelo teórico obtido pela resolução da equação diferencial de deslocamento radial, um modelo matricial de análise por autovalor a partir do Método das Foças Elásticas, e um modelo aproximado usando o Método dos Resíduos Ponderados e o Método de Galerkin. O modelo teórico foi desenvolvido para análise de arcos triarticulados, biarticulados e biengastados, enquanto os demais modelos foram voltados à análise de arcos biarticulados. Para comparação dos resultados foram atribuídos valores para o ângulo de abertura do arco e relação flecha/vão a fim de caracterizar coeficientes de flambagem, e realizada simulação numérica em programa computacional baseado no Método dos Elementos Finitos. Foi constatado que os modelos propostos forneceram resultados similares para a análise de arcos biarticulados, e que a relação flecha/vão próxima de 0,3 possibilita valores elevados para os coeficientes de flambagem segundo as condições de carregamento avaliadas, possibilitando ao arco maior eficiência quanto à estabilidade. Também foi desenvolvido um programa computacional destinado à determinação da força crítica de flambagem em arcos circulares. This research presents formulations for structural stability analysis of symmetrical arches with circular shape by determining the load related to the first buckling mode (critical load). Four loading conditions were suggested for analysis: uniform distributed load in the radial direction, concentrated load vertically in the middle of the span, uniform distributed load in the span direction and radial concentrated load. Three models were formulated for analysis, being a theoretical model obtained from the differential radial displacement equation resolution, a matrix model with eigenvalue analysis obtained from the Elastic Loads Method, and an approximate model using the Weighted Residual Method and the Galerkin Method. The theoretical model was developed for three-hinged, two-hinged, and hingeless arch analysis, while the others models were developed for two-hinged arch analysis only. To compare the results were assigned values for the arch’s opening angle in order to characterize buckling coefficients, and performed numerical simulation with Finite Element Analysis software. The proposed models provide similar results for the analysis of two-hinged arches, and the rise-to-span ratio almost 0.3 allows high values for buckling coefficients evaluated according to the loading conditions, allowing the arch to be more stability efficiently. It also has developed a software, which enables the critical buckling load calculation of circular arches. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho, estudou-se o comportamento de lajes submetidas à força cortante com foco no efeito de pino. Sabe-se que o efeito de pino é um dos mecanismos resistentes à força cortante. Nesse sentido, foram realizadas modelagens numéricas por meio do software ANSYS® variando os parâmetros que, segundo a literatura, influenciam a resistência a força cortante; dessa maneira foram realizadas 27 modelagens variando altura, taxa de armadura, resistência característica do concreto à compressão (fck) e o parâmetro αA. Este coeficiente permite considerar ou não a transferência de tensões de cisalhamento na fissura, pois o efeito de pino é a resistência à força cortante que armadura longitudinal possui por meio de uma fissura. Após as modelagens foi realizada uma análise estatística ANOVA e, por meio do índice f, foi definido quais parâmetros foram mais influentes na resistência à força cortante da laje. Para complementar os dados numéricos, foi iniciado o programa experimental, na qual foi realizada a montagem das fôrmas, armaduras, ensaio de tração no aço, ensaio de módulo de elasticidade, tração e compressão do concreto. A pesquisa visa avaliar quais são os parâmetros que interferem na resistência à força cortante e no efeito de pino; comparar dados numéricos, experimentais e normativos para compreender melhor as equações e posteriormente definir qual parcela da força cortante é referente ao fenômeno. Há uma proposta de ensaio para análise do efeito de pino e dos mecanismos de resistência à força cortante isolados. Os resultados das lajes no ensaio de cisalhamento e dos corpos de prova no ensaio de efeito de pino foram promissores quanto a fornecer parâmetros normativos (equações e parâmetro K), modos de ruptura, análise de deslocamentos, deformações no concreto e nas barras de aço, panorama de fissuração, entre outras análises. In this work, the behavior of slabs subjected to shear force focusing on the dowel action was studied. It is known that the dowel action is one of the mechanisms resistant to shear strength. In this sense, numerical modeling was performed using ANSYS® software, varying the parameters that according to the literature influence the shearing strength, in this way 27 models were performed varying: height, rate of reinforcement, compressive strength of concrete (fck) and parameter αA. This parameter which is a coefficient which allows consider or not the transfer of shear in the crack, because the dowel action is the shear strength that longitudinal reinforcement possesses through a crack. After the modeling by performing a statistical analysis ANOVA and by means of ratio f, it was defined which parameter was influent in the shear strength of the slab. To complement the numerical data, the experimental program was started, in which the assembly of the formwork, reinforcement, steel tensile test, Young modulus test, concrete tensile and compression test were performed. The research aims to evaluate which are the parameters that interfere in the shear force resistance and the dowel action, compare numerical, experimental and normative data to better understand the equations and later define which part of the shear force was related to the phenomenon. There is a test proposal for analysis of the dowel action and the isolated shear strength mechanisms. The results of the shear test slabs and the dowel action test samples were promising for normative parameters (equations and parameter K), rupture modes, displacement analysis, concrete and steel deformations, cracking pattern, among other analyzes. Dissertação (Mestrado)

O modelo de bielas e tirantes é capaz de representar de maneira símil o comportamento estrutural de blocos sobre estacas. No entanto, não existe um critério exato para determinação das seções transversais das bielas de alguns elementos, sobretudo nos blocos de fundação. Assim, essa pesquisa objetiva analisar o comportamento estrutural de blocos de concreto armado sobre duas estacas, submetidos à força centrada, com variação dos seguintes parâmetros: seção e taxa de armadura dos pilares e rigidezes dos blocos. Para isso, foram definidos vinte e sete modelos, posteriormente lançados no software ANSYS para a análise numérica por meio do Método dos Elementos Finitos. Os modelos foram dimensionados e detalhados com as constatações dos estudos de Blévot e Frémy (1967) e pela norma NBR 6118 (ABNT, 2014). A fim de garantir confiabilidade aos resultados do software, foi realizado um processamento do modelo de Munhoz (2014) e aplicados os parâmetros encontrados nos modelos deste trabalho. Logo, com os resultados obtidos foram feitas comparações entre os modelos, avaliando fatores como: tensões nodais, bielas de compressão, gráficos de força versus deslocamento e tensões nas armaduras. Também se fez uma análise de variância, verificando a relevância dos parâmetros considerados, sendo a seção transversal dos pilares, seguida pela altura dos blocos, fatores fundamentais no comportamento estrutural dos blocos. The strut and tie method is capable of closely representing the structural behavior of pile caps. However, there is no exact criterion for determining the cross sections of the struts of some elements, especially in pile caps. Thus, this work aims to analyze the structural behavior of reinforced concrete pile caps containing two piles, under a centered load, with variation of the following parameters: cross section and reinforcement ratio of the columns and pile cap stiffness. For this, twenty-seven models were defined, later modeled with ANSYS software for numerical analysis using the Finite Element Method. The models were designed and detailed based on the findings of Blévot and Frémy (1967) and the Brazilian code NBR 6118 (ABNT, 2014). In order to guarantee reliability to the software results, the model of Munhoz (2014) was processed and the parameters found in the models of this work were applied. Therefore, with the obtained results, comparisons were made between the models, evaluating factors such as: nodal tensions, compression struts, load-displacement curves and reinforcement stresses. Also, a variance analysis was performed, verifying the relevance of the considered parameters, being the cross section of the columns, followed by the height of the caps, fundamental factors in the structural behavior of the pile caps. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os objetivos deste trabalho foram estudar o comportamento mecânico de blocos sobre duas estacas metálicas em perfil I sob ação de força centrada mediante diferentes arranjos da ligação estaca-bloco e avaliar modelos analíticos recomendados pela literatura técnica. Foi feita uma modelagem computacional por meio do programa computacional ANSYS® de um bloco sobre duas estacas, comparada com os resultados experimentais de Tomaz (2018). A partir dos parâmetros desta modelagem foram elaborados 63 modelos numéricos. Por meio de uma análise de variância dos resultados verificou-se que as variáveis que influênciaram sobre a capacidade portante dos blocos foram o comprimento de embutimento e a resistência à compressão do concreto. Foi desenvolvido um programa experimental com 3 espécimes em escala real de blocos sobre duas estacas metálicas, nos quais variou-se o tipo de arranjo da ligação entre estaca e bloco. Foram estudadas os arranjos da ligação por meio de barras soldadas e por meio de barras soldadas com estribos amarrados às mesmas. Os tipos de arranjo da ligação não influenciaram sobre a capacidade portante dos blocos, porém a ligação entre estaca e bloco por meio de barras soldadas ao perfil e estribos melhorou a distribuição de fissuras e a ductilidade. O modelo analítico de Meléndez et al. (2019) foi o mais preciso na determinação da força de ruína dos blocos. O critério de caracterização de comportamento de blocos sobre estacas adotado pela ABNT NBR 6118 (2014) não é adequado pois não considera a inclinação da biela de compressão, que é um dos principais parâmetros de dimensionamento. The objective of this research was to study the mechanic behavior of pile caps on two steel piles submitted to centered loading with different arrangements of the connection between pile and pile cap and to evaluate analytical models found on the technical literature. A numerical analysis of a pile cap on two steel piles was made by using the software ANSYS®, compared with experimental results from Tomaz (2018). From the parameters defined on the numerical analysis, 63 other numerical models were developed. An analysis of variance of the results obtained pointed that the variables that had an impact over the pile cap’s bearing capacity were the embedment length of the pile and the compressive strength of the concrete. An experimental program with three models of full-scale pile caps on two steel piles were executed, in which the type of arrangement of the connection between pile and pile cap varied. The types of arrangement studied were bars welded on the steel pile and bars welded on the steel pile along with stirrups. The type of arrangement had no impact on the pile cap’s bearing capacity, however, the arrangement with bars welded on the steel pile along with stirrups improved the crack distribution and ductility. The analytical model from Meléndez et al. (2019) was the most precise on predicting the ultimate load of the pile caps. The criteria from ABNT NBT 6118 (2014) that characterizes the behavior of pile caps is not adequate as it does not consider the inclination of the strut, which is one of the main parameters of design. Dissertação (Mestrado)

Blocos sobre estacas podem ser dimensionados utilizando-se, preferencialmente, modelos plásticos (bielas e tirantes) e modelos baseados na teoria da flexão. O trabalho teve como objetivo analisar e discutir as tensões nodais que surgem em blocos de fundação quando é utilizado estacas em perfil metálico. Primeiramente fez-se uma análise experimental e teórica aplicando os diferentes modelos de cálculo de tensões em ensaios experimentais de diversos pesquisadores com o intuito de observar as diferenças entre os modelos apresentados. Com o valor das tensões atuantes, tanto na zona nodal superior quanto na zona nodal inferior, pode-se comparar com os valores-limites recomendados pelas normas e por pesquisadores vigentes. Os modelos de cálculo estudados apresentaram divergências entre si e, em função disto, realizou-se uma análise crítica destes resultados e sugere-se um novo limite para a verificação das tensões nodais junto a zona nodal superior. Foram ensaiados experimentalmente quatro blocos sobre duas estacas onde as variáveis foram o embutimento da estaca e a adoção de uma chapa soldada no topo do perfil. O cálculo das tensões na zona nodal inferior depende da área da seção transversal da estaca e, não é coerente aplicar as formulações disponíveis para verificar tais tensões uma vez que a área de um perfil metálico é consideravelmente menor do que a área de uma estaca em concreto armado. Entretanto, as tensões na zona nodal inferior se mostraram coerentes quando foi considerado uma área de estaca denominada de Área Colaborante, maior do que a área do perfil. Essa área considera, além da área do perfil, o concreto confinado entre as abas do perfil. Os ensaios mostraram que os blocos de fundação apresentaram comportamento semelhante ao comportamento apresentado por bloco apoiado sobre estacas de concreto. Além disso, foi possível confirmar duas hipóteses apresentadas por outros pesquisadores: a força atuante no tirante não é constante e a estaca estava sujeita à flexo-compressão. The pile caps can be dimensioned using, preferably, plastic models (struts-and-tie) and models based on flexion theory. The objective of this work was to analyze and discuss the nodal stresses that arise in pile caps when piles are used in steel profile. Firstly, an experimental and theoretical analysis was applied the different stress calculation models in experimental test of several researchers in order to observe the differences between the presented models. With the value of the operating tensions, both in the upper nodal zone and in the lower nodal zone, it is possible to compare with the limits values recommended by the current norms and by researches. The calculation models studied showed differences between then and, as a result, a critical analysis of these results was carried out and a new limit for the verification of the nodal tensions near the upper nodal zone is suggested. Four pile caps were experimentally tested on two piles where the variables were the inlay of the piles in the pile caps and the adoption of a welded steel plate at the top of the steel profile. The calculation of the stresses in the lower nodal zone depends on the cross-sectional area of the pile and it is not consistent to apply the available formulations to verify such stresses since the area of the steel profile is considerably smaller than the area of a pile in reinforced concrete. However, the tensions in the lower nodal area were shown to be coherent when a pile area called Collaborating Area was considered larger than the steel profile. This area considers, in addition to the steel profile area, the concrete confined between the profile flaps. The test showed that the pile caps present behavior similar to the behavior presented by pile caps supported by pile of reinforced concrete. Furthermore, it was possible to confirm two hypotheses presented by order researchers: the force acting on the ties is not constant and the pile was subjected to flexo-compression. Dissertação (Mestrado)

Blocos sobre estacas são elementos estruturais usados para transferir ações da superestrutura para um conjunto de estacas. O dimensionamento de blocos é comumente realizado por meio de formulações analíticas, considerando-se o método de bielas e tirantes. Com o avanço da tecnologia computacional, a utilização de um modelo integrado de solo e fundação, pode sugerir uma tendência de comportamento de modo a se obter uma modelagem mais real para o elemento estrutural em estudo. Este trabalho teve como objetivo analisar, numericamente com o método dos elementos finitos, o comportamento estrutural de blocos de concreto armado sobre duas estacas considerando o atrito lateral entre as estacas e o solo e a parcela de força transferida ao solo diretamente através do bloco utilizando-se o software ANSYS (Versão 18.1). O atrito lateral foi modelado considerando acoplamento de nós e através de elementos de contato. Foram realizadas simulações considerando solo arenoso, argiloso e ausência de solo, três alturas de bloco e três comprimentos de estaca. Os parâmentros do solo foram obtidos através de métodos semi-empíricos. Através das análises, verificou-se que, em média, 4,50% da força aplicada no pilar é transferida diretamente ao solo através do bloco. Com relação às tensões principais de compressão, na região nodal superior, a biela tende a se formar além da seção do pilar. Observou-se, ainda, que o aumento da rigidez do bloco proporcionou, em média, um aumento da capacidade portante dos modelos. Pile caps are structural elements used to transfer actions from the superstructure to a group of piles. The design of caps is normally made through analytical formulations, considering the strut and tie method. With the advancement of computational technology, the use of an integrated soil and foundation model may suggest a behavioral trend in order to obtain a more real modeling for the structural element in study. This work aimed to analyze numerically with de finite element method the structural behavior of reinforced concrete pile caps with two piles considering the lateral friction between the piles and the ground as well as to analyze the part of load transferred to the ground directly by cap using the software ANSYS (Release 18.1). The lateral friction was modeled considering coupling of nodes and through contact elements. Simulations were performed considering three soil types (sandy, clayey and soilless), three caps heights and three piles lengths. Soil parameters were obtained through semi-empirical methods. Through the analyzes, it was verified that, on average, 4.50% of the force applied to the pillar is transferred directly to the ground by cap. About to the principal stresses of compression, it was verified that in the superior nodal region, the strut tends to form beyond the section of the column. On the other hand, the increase of the stiffness of the caps provided, on average, an increase in the carrying capacity of the models. Dissertação (Mestrado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Conventional structural analysis of buildings in reinforced concrete is performed considering beam-column connections as rigid. However, experimental results prove the existence of relative rotations in beam-column connections of reinforced concrete structures, showing the partial transfer of bending moment. In this study the influence of the stiffness of beam-column connections on the structural behavior of multi-storey buildings in reinforced concrete was investigated. On a first stage, the value of the rotation restriction of connections was varied, observing the impact on horizontal displaceability of the structure, on the γz coefficient, on the negative and positive moments of the beams and on the longitudinal reinforcement of the pillars. This analysis was performed for buildings with 05, 10, 15 and 19 floors. The results show that the reduction of the rotation restriction of connections increases the values of the horizontal displacements, of the γz coefficient, of the positive moments and of the reinforcement of the pillars. The increases that occur on the values of the analyzed parameters become larger as the number of floors of buildings increases. On a second stage, the same building was calculated with rigid connections and deformable connections. In order to determine the factor αR of deformable connections, two analytical models available in literature were used, and a comparison between the results obtained by each analytical model was also performed. Based on the results, it is concluded that neglecting the influence of the stiffness of the beam-column connections on the analysis of monolithic reinforced concrete structures may result in different solutions compared to the real behavior of the structure. The stiffness values obtained with the analytical models that were used differ considerably from the condition of rigid connections, suggesting an adjustment on the standard consideration of rigid connections adopted by the computer programs of structural calculation. A análise estrutural convencional de edificações em concreto armado é realizada considerando as ligações viga-pilar como rígidas. Entretanto, resultados experimentais comprovam a existência de rotações relativas nas ligações viga-pilar de estruturas de concreto armado, evidenciando a transmissão parcial de momento fletor. Neste trabalho foi investigada a influência da rigidez das ligações viga-pilar no comportamento estrutural de edificações de múltiplos pavimentos em concreto armado. Em uma primeira etapa, variou-se o valor de restrição à rotação das ligações observando os impactos na deslocabilidade horizontal da estrutura, no coeficiente γz, nos momentos negativos e positivos das vigas e nas armaduras longitudinais dos pilares. Esta análise foi realizada para edificações com 05, 10, 15 e 19 pavimentos. Observou-se por meio dos resultados que a redução da rigidez à rotação das ligações provoca aumento nos valores dos deslocamentos horizontais, do coeficiente γz, dos momentos positivos das vigas e das armaduras dos pilares. Os acréscimos ocorridos nos valores dos parâmetros analisados são maiores à medida em que se aumentam o número de pavimentos das edificações. Em uma segunda etapa, calculou-se uma mesma edificação com ligações rígidas e com ligações deformáveis. Para determinação da restrição à rotação das ligações deformáveis, utilizaram-se dois modelos analíticos disponíveis na literatura, realizando-se, também, uma comparação entre os resultados obtidos pelos modelos. Com base nos resultados, conclui-se que negligenciar a influência da rigidez das ligações viga-pilar na análise de estruturas monolíticas em concreto armado pode gerar soluções muito diferentes do comportamento real da estrutura na prática. Os valores de rigidez obtidos pelos modelos analíticos utilizados divergem consideravelmente da condição de ligações rígidas, sugerindose a adequação na consideração padrão de ligações rígidas adotada pelos programas computacionais de cálculo estrutural. Mestre em Engenharia Civil

A pesquisa proposta se baseia no estudo do reforço de pilares em concreto armado, com emprego de chumbadores e preenchimento com concreto auto adensável, por encamisamento. Além do estudos experimentais, foi feita uma simulação numérica, utilizando um programa computacional baseado no Método dos Elementos Finitos, levou-se em consideração as cargas de ruptura, deslocamentos e deformações o que possibilita um estudo criterioso dos pilares reforçados. A etapa experimental deste trabalho foi embasada no ensaio de cinco pilares de concreto armado, submetidos à flexo-compressão reta, com intuito de avaliar a interface de ligação entre o concreto do substrato e concreto do reforço e confirmar a eficiência desta técnica usualmente utilizada para reforço. Dois pilares foram usados como referência, sendo um com as dimensões originais do pilar (Pilar de Referência, seção transversal: 120 x 250 mm) e o outro monolítico concretado com a seção de uma peça reforçada (Pilar Monolítico, seção transversal: 155 x 250 mm). Os demais receberam uma camada de 35 mm de espessura de concreto auto-adensável na face comprimida. O preparo da interface entre os dois materiais, proceder-se-á com a escarificação e realização de furos ao longo desta superfície, onde foram inseridos chumbadores responsáveis pela ligação do concreto do reforço com o substrato. Pode-se concluir em trabalhos desenvolvidos que não só a quantidade, mas principalmente, a localização dos conectores utilizados na ligação entre os dois materiais, são imprescindíveis para um bom resultado de resistência e modo de ruptura. Apesar dos chumbadores não apresentarem ruptura, houve o desplacamento da camada do reforço. Os resultados obtidos confirmam a possibilidade da utilização deste método de reforço na reabilitação estrutural de pilares, pois apresentou um aumento da capacidade portante em aproximadamente quatro vezes em relação ao pilar de referência. Os resultados da simulação numérica foram muito satisfatórios, pois o comportamento dos pilares, em relação a carga de ruptura, deslocamentos e deformações, aproximaram dos resultados experimentais, com pequenas diferenças. The proposed research is based on the study of reinforcement columms in reinforced concrete, with the use of anchor bolts and fill with self-compacting concrete, by jacketing. In addition to the experimental studies, numerical simulation was performed using a computer program based on the finite element method, took into account the breaking loads, displacements and deformations which allows a careful study of reinforced columms. The experimental part of this work was based on the test five columms of reinforced concrete, submitted to straight flexion-compression, in order to assess the bond interface between the concrete substrate and reinforcement of concrete and confirm the efficiency of this technique commonly used for reinforcement. Two columms were used as reference, one with the original abutment dimensions (Reference Columm, cross section: 120 x 250 mm) and the other monolithic concreted with the section of enhanced piece (Monolithic Columm, cross section: 155 x 250 mm). The others received a layer of 35 mm thick concrete in the compressed self-compacting face. The preparation of the interface between the two materials, it will be carried with the scarification boreholes along this surface, which anchors were inserted responsible for reinforcement of concrete bond with the substrate. It can be concluded on the work developed that not only the quantity but especially the location of the connectors used for the connection between the two materials, are essential for a good result of resistance and failure mode. Despite the studs do not present break, there was the peeling of the reinforcement layer. The results obtained indicate the possibility of using this method in the structural reinforcement columms rehabilitation, as it showed an increase in bearing capacity of about four times compared to the column of reference. The results of numerical simulation were very satisfactory, because the behavior of the columms in relation to tensile strength, displacements and deformations, approached the experimental results, with minor differences. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O trabalho proposto teve por objetivo os estudos experimental e modelagem computacional, do comportamento de blocos rígidos de concreto armado sobre duas estacas, com cálice parcialmente embutido, submetidos à ação de forças centradas. Foram adotados modelos variando-se o tipo de conformação das paredes dos pilares e do cálice. Essa variável foi escolhida, pois imagina-se que para os blocos com cálices parcialmente embutidos a escolha de parede lisa ou rugosa muda de modo significativo a distribuição dos fluxos de tensões de compressão e tração modificando desta maneira o modelo de biela e tirante empregado no dimensionamento. Sendo assim, por meio da investigação dessa variável, pretendeu-se analisar a influência do tipo de conformação das paredes da ligação provoca sobre o comportamento estrutural do bloco. Características como diâmetros de estacas, dimensões de pilar, geometria dos blocos e taxa de armadura não foram consideradas variáveis, a fim de que não houvesse diferenças na formação dos campos e trajetórias de tensões. A etapa experimental deste trabalho baseou-se pela caracterização dos materiais que compõem às peças (concreto e aço), além da construção e ensaio de 3 conjuntos pilares-blocos de concreto armado, sendo um conjunto usado como referência (bloco monolítico), um conjunto com ligação rugosa e um conjunto com ligação lisa. Através dos ensaios, verificou-se que o conjunto com ligação rugosa obteve desempenho superior a 66% do conjunto monolítico, enquanto que o conjunto com ligação lisa obteve desempenho de apenas 36%. Na etapa de análise computacional, foram realizadas simulações tridimensionais, baseadas no Método dos Elementos Finitos (MEF), utilizando-se o programa ANSYS®, (ANalyser SYStem - ANSYS, INC, versão 14.0). Foi considerado comportamento do material como não-linear, fissuração do concreto e a influência das armaduras no comportamento estrutural dos blocos. Foi verificada também, a variação dos resultados experimentais e teóricos com o modelo de treliça utilizado em projetos, além do modelo de Bielas e Tirantes. The proposed dissertation aimed to experimental studies and computational modeling of the behavior of two pile caps, with sockets embedded, subjected to the center load. Models varying the type of conformation of the column and walls of the cup were adopted. This variable was chosen because it was found that for glasses partially embedded blocks with the choice of smooth or rough wall changes significantly the distribution of the flows of compressive stress and tensile thus modifying the strut and tie model using in the design. Thus, through the investigation of this variable, we analyzed the influence of the conformation of the walls connecting the structural behavior of the pile cap. Features such as diameters of piles, pillar dimensions, geometry of the blocks and reinforcement ratio were not considered variables, so that there were no differences in the formation of fields and stress paths. The experimental part of this dissertation was based on the characterization of the materials that make up the parts (concrete and steel), and the construction and testing three two pile caps, one reference (monolith), with rough and connection with smooth connection. Through trials, it was found that the obtained pile cap with rough connection performance equal to 66% of the monolithic pile cap, while pile cap binding obtained with smooth performance of only 36%. In the numerical step, numerical simulations were performed using the ANSYS ® (SYStem Analyser - ANSYS, INC, version 14.0) program, based on the Finite Element Method (FEM). Considered behavior no-linearity of concrete and steel, and the influence of reinforcement in structural behavior of the pile caps. Will also checked the variation of the experimental and theoretical results with the lattice model used in design, beyond the strut and tie model.The proposed dissertation aimed to experimental studies and computational modeling of the behavior of two pile caps, with sockets embedded, subjected to the center load. Models varying the type of conformation of the column and walls of the cup were adopted. This variable was chosen because it was found that for glasses partially embedded blocks with the choice of smooth or rough wall changes significantly the distribution of the flows of compressive stress and tensile thus modifying the strut and tie model using in the design. Thus, through the investigation of this variable, we analyzed the influence of the conformation of the walls connecting the structural behavior of the pile cap. Features such as diameters of piles, pillar dimensions, geometry of the blocks and reinforcement ratio were not considered variables, so that there were no differences in the formation of fields and stress paths. The experimental part of this dissertation was based on the characterization of the materials that make up the parts (concrete and steel), and the construction and testing three two pile caps, one reference (monolith), with rough and connection with smooth connection. Through trials, it was found that the obtained pile cap with rough connection performance equal to 66% of the monolithic pile cap, while pile cap binding obtained with smooth performance of only 36%. In the numerical step, numerical simulations were performed using the ANSYS ® (SYStem Analyser - ANSYS, INC, version 14.0) program, based on the Finite Element Method (FEM). Considered behavior no-linearity of concrete and steel, and the influence of reinforcement in structural behavior of the pile caps. Will also checked the variation of the experimental and theoretical results with the lattice model used in design, beyond the strut and tie model. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The pre design consists of initial estimate of the cross section dimensions of structural elements. For the architect, it has the important function of enabling more real the design of the building. It also helps to understand the behavior of the structure, leading to a coherent and functional design. To the structural engineer, the pre design enters as a tool for determining the dimensions of cross section, that is needed in the design process. In most cases, the pre design is done based the intuition and experience of the engineer. In this work, the formulations and analysis are mainly discussed for common buildings, where the material of the structure is steel, wood or concrete. The calculation of the section is made from the designed structural project, which defines the spans, supports and loads. The dimensions are obtained from the formulations of the Strength of Materials, easy to use and understand, and empirical formulations, where support and loadings conditions are defined in a simplified manner. The updating parameter for approximate formulations is the design traditionally done according to the standards. Analyzes are also make of the pre design formulations for existing buildings as a way of measure their approach to practical the structural designs. The results show that it is possible to create simple formulas for pre design, leading to a good approximation of design values, which makes this approach a useful tool in architectural design. O pré-dimensionamento consiste numa estimativa inicial das dimensões das seções dos elementos estruturais. Para o arquiteto, ele tem a importante função de permitir a concepção do projeto arquitetônico de maneira mais real. Além disso, também auxilia no entendimento do comportamento da estrutura, levando a uma concepção coerente e funcional. Para o engenheiro que desenvolve cálculo estrutural, o pré-dimensionamento entra como ferramenta de determinação da seção das peças, o que é necessário no dimensionamento. Na maioria dos casos, o pré-dimensionamento é feito com base na intuição e experiência do engenheiro. Neste trabalho as formulações e análises são enfocadas principalmente para edificações comuns, onde o material da estrutura portante é o aço, a madeira ou o concreto. A obtenção da seção das peças é feita a partir do projeto estrutural concebido, o qual define os vãos, os apoios e os carregamentos. As dimensões são obtidas de fórmulas da Resistência dos Materiais, de fácil utilização e compreensão, e de fórmulas empíricas, onde as condições de apoio e de carregamento são definidas de maneira simplificada. O parâmetro de ajuste e balizamento das fórmulas aproximadas de pré-dimensionamento é o dimensionamento, feito tradicionalmente segundo as normas. Além disso, as fórmulas foram reajustadas a partir das dimensões de estruturas de edifícios existentes, como uma forma de medir sua aproximação ao cálculo estrutural realizado na prática. Os resultados mostraram que é possível criar fórmulas simples de pré-dimensionamento, que levam à uma boa aproximação aos valores de projeto, o que torna esta abordagem uma ferramenta útil na concepção arquitetônica. Mestre em Ciências

The objective of this work is to study the external reinforcement of concrete slabs, using Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP), through numerical simulations and topology optimization. The topology optimization enters as a tool for determining the optimal distribution of the reinforcement. Due to the high ratio strength / specific weight of CFRP, we can increase the strength and stiffness of structural elements without significant increase in the weight. The simulations were performed by using Finite Element Method. Several geometric configurations, boundary conditions and loading were analyzed. The cracking of the concrete was considered in the analysis, because this effect influences the structural behavior of the slab. For some cases of concrete slabs, the reinforcement was calculated in the Ultimate Limit State, in order to compare the conventional and optimized distributions. Gains in terms of stiffness and strength of the reinforced piece have been verified. Comparison with conventional method shows that the use of topology optimization can lead to an economy of reinforcement material, with the same structural performance. O objetivo deste trabalho é estudar a distribuição do reforço externo de lajes de concreto armado, utilizando Polímeros Reforçados por Fibras de Carbono (PRFC), através de simulações numéricas e otimização topológica. A otimização topológica entra como uma ferramenta para a determinação da distribuição ótima do reforço. Devido à alta relação resistência/peso específico dos PRFC, pode-se aumentar a resistência e a rigidez de elementos estruturais sem aumento significativo do peso. As simulações foram feitas através do Método dos Elementos Finitos. Diversas configurações geométricas, de contorno e de carregamento foram analisadas. A fissuração do concreto foi considerada nas análises, pois tem influência no comportamento estrutural da laje. Para alguns casos de lajes, o reforço foi dimensionado no Estado Limite Último, permitindo a comparação da técnica convencional de reforço com aquela gerada pela otimização topológica. Foram verificados os ganhos em termos de rigidez e de resistência das peças reforçadas. A comparação com o método convencional mostrou que o uso da otimização topológica pode levar a uma economia de material de reforço, com o mesmo desempenho estrutural. Mestre em Engenharia Civil