Search

Resumo. O concreto é um dos materiais mais utilizados na indústria da construção civil, devido a suas características como consistência e trabalhabilidade quando fresco. E depois de endurecido, por suas características mecânicas, onde destaca-se a sua resistência à tração e à compressão. A determinação de suas propriedades, entretanto, é complicada, pois o concreto, quando exposto a determinadas situações ambientais, sofre alterações em sua estrutura interna e em suas propriedades. Tais alterações microscópicas podem influenciar o comportamento macroscópico térmico e mecânico do material, chegando a comprometer a segurança de estruturas que os empreguem. Este trabalho consiste no estudo do comportamento do concreto quando sujeito a carregamentos térmicos, como é o caso de um incêndio, por exemplo. Foi utilizado um modelo existente termo-hídrico, a partir do qual, foi realizado um estudo paramétrico para situações de carregamentos distintos. Esse estudo foi feito em parceria com a Université de Cergy-Pontoise na França, utilizando o modelo desenvolvido pelo L2MGC no software livre de cálculo por elementos finitos, CASTEM. Palavras-chave: Concreto, Altas temperaturas, Modelagem, Cast3M.

Resumo. O concreto de agregado leve é conhecido pelo seu reduzido peso específico e alta capacidade de isolamento térmico e acústico. Um dos grandes desafios relacionados a esse tipo de concreto é a obtenção do módulo de elasticidade do agregado leve, função da sua dimensão reduzida, o que gera dificuldades na realização de ensaios experimentais. Vários trabalhos na literatura determinam o módulo de elasticidade do agregado leve por meio de métodos baseados em formulação matemática. Uma alternativa a tais métodos é o emprego de modelos de simulação e a resolução de um problema inverso para a previsão das propriedades do agregado leve. O objetivo do trabalho é a obtenção do módulo de elasticidade para o agregado leve pela aplicação de simulações computacionais de ensaios de compressão em corpos de prova. O modelo computacional mecânico formulado é bidimensional e bifásico, constituído pela argamassa e agregados leves de formato circular, e as simulações foram conduzidas no programa AbaqusR . A metodologia proposta emerge como uma alternativa para a determinação do módulo de elasticidade dos agregados em concretos de agregados leves para diversos tipos de curvas granulométricas e diferentes porcentagens de agregados leves.Palavras-chaves: Simulação Computacional, Concreto de agregado leve,Módulo de Elasticidade, Problema Inverso

The Asymptotic Expansion Homogenization (AEH) technique is used to estimate the effective properties of heterogeneous media with periodical microstructure. A considerable computational effort can be necessary even though the adopted models are quite simple. For this reason, parallelization is often necessary to achieve good performance. This work presents a first attempt to parallelize the AEH implementation code. Although the parallelization process is in a very early stage, the preliminary results show that the parallel version provides up to a 30% improvement in application speed. This work consists on a step towards a numerical tool for the analysis of more complex and three-dimensional periodic cells. The two-dimensional AEH was implemented in the C programming language for the future generalization to three-dimensional problems employing the available parallelization tools.

O concreto é um material difundido e utilizado mundialmente, sobretudo devido ao seu custo relativamente baixo, à não exigência de mão de obra qualificada para a sua obtenção, além da relativa resistência ao fogo. Contudo, o comportamento deste material, quando submetido a determinadas condições de carregamento e temperatura, leva a alterações microestruturais que refletem em sua estrutura macroscópica. Estudos experimentais analisaram os danos causados pelo aumento da temperatura considerando os níveis microestrutural e macroestrutural e, sendo crescente a demanda por concretos com uma matriz cimentícia altamente densa e com um baixo volume de vazios, há um aumento da sensibilidade do material a condições térmicas extremas, tornando-o sujeito a microfissuração¸ ao desplacamento e à perda de capacidade de carga. Salienta-se, ainda, que pesquisas referentes à exposição de elementos de concreto a temperaturas elevadas conduzem a resultados bastante inconsistentes e, dessa forma, novas contribuições sobre o assunto são muito importantes. Nesse contexto, surge a necessidade do estudo da avaliação termomecânica de concretos com agregados leves quando comparados com concretos convencionais, ou seja, com agregados pétreos comumente utilizados nas dosagens. Pretende-se, neste trabalho, avaliar o comportamento termomecânico do concreto quando o mesmo e exposto a gradientes de temperatura elevados, considerando que incêndios chegam até a 900ºC, e entender o processo de degradação dos materiais nesses casos. O trabalho é constituído de duas etapas, tendo a Etapa I como finalidade caracterizar, estudar e definir os materiais e as dosagens para cada tipo de concreto além da moldagem de corpos-de-prova a serem avaliados e ensaiados. Na Etapa II foram executados os ensaios de absorção, massa específica, resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral, módulos de elasticidade estático e velocidade de pulso ultrassônico em cada uma das amostras submetidas a diferentes temperaturas (TA (temperatura ambiente); 200; 400 e 800ºC). Como conclusão e de acordo com as análises dos resultados, verificou-se que, em temperatura ambiente, o emprego da vermiculita demonstrou diferenças na porosidade e a massa específica do material, porém, com o acréscimo dos gradientes de temperatura, tais diferenças se desfazem, o que pode ser explicado pelo aumento de fissuração, perda de massa e aumento da estrutura do poro. Foi observado também que, para os parâmetros dos ensaios, pode-se concluir que a alta temperatura tem influência direta tanto nos concretos convencionais quanto nos concretos com substituição por vermiculita. Concrete is a widespread and used material worldwide, mainly due to its relatively low cost, the non-requirement of qualified labor to obtain it, in addition to its relative fire resistance. However, the behavior of this material, when subjected to certain conditions of loading and temperature, leads to microstructural changes that reflect on its macroscopic structure. Experimental studies have analyzed the damage caused by temperature increase considering the microstructural and macrostructural levels and, as the demand for concrete with a highly dense cementitious matrix and with a low void volume is increasing, there is an increase in the material's sensitivity to extreme thermal conditions, making it subject to microcracking, peeling and loss of load carrying capacity. It should also be noted that researches referring to the exposure of concrete elements to high temperatures lead to very inconsistent results and, therefore, new contributions on the subject are very important. In this context, there is a need to study the thermomechanical evaluation of concrete with light aggregates when compared with conventional concretes, that is, with stone aggregates commonly used in dosages. It is intended, in this work, to evaluate the thermomechanical behavior of concrete when it is exposed to high temperature gradients, considering that fires go up to 900ºC, and to understand the process of degradation of materials in these cases. The work consists of two stages, Stage I with the purpose of characterizing, studying and defining the materials and dosages for each type of concrete, in addition to the molding of test bodies to be evaluated and tested. In Step II, the tests of absorption, specific mass, axial compression strength, tensile strength by diametrical compression, static modulus of elasticity and ultrasonic pulse velocity were performed in each of the samples subjected to different temperatures (TA (room temperature); 200; 400 and 800°C). As a conclusion and according to the analysis of the results, it was found that, at room temperature, the use of vermiculite showed differences in porosity and specific mass of the material, however, with the increase of temperature gradients, these differences disappear, which can be explained by the increase in cracking, loss of mass and increase in pore structure. It was also observed that, for the test parameters, it can be concluded that high temperature has a direct influence both on conventional concretes and on concretes with substitution by vermiculite.

PROQUALI (UFJF) A utilização de métodos numéricos, como o método dos elementos finitos, permite o desenvolvimento de modelos capazes de simular o comportamento mecânico do concreto levando-se em conta seu comportamento fisicamente não linear, permitindo análises mais realistas acerca do material. Um dos principais fenômenos responsáveis pela não linearidade física do concreto é a fissuração, que ocorre mesmo em baixos níveis de carregamento, devido à sua baixa resistência à tração quando comparada à compressão. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar e avaliar dois modelos computacionais para simular o comportamento estático de estruturas de concreto durante o processo de fissuração e realizar uma comparação entre eles. O primeiro modelo analisado considera a fissuração distribuída e é baseado no monitoramento da deterioração das propriedades físicas do material. O processo de fissuração é descrito pela degradação das tensões com o aumento das deformações, por meio de diferentes relações tensão-deformação extraídas da literatura que representam o comportamento geral do concreto em tração ou compressão. A formulação do modelo é baseada na inversão da flexibilidade com o emprego de uma matriz constitutiva secante local que leva em conta o módulo de elasticidade do material sem dano e danificado. O segundo modelo avaliado considera a fissuração descrita de forma discreta e baseia-se no emprego de elementos de interface inseridos na malha quando o nível de tensões nos elementos contínuos atinge um limite preestabelecido. Ambos os modelos analisados foram implementados usando-se elementos isoparamétricos para elasticidade plana e uma subrotina incremental-iterativa com métodos de controle de carga e deslocamentos. Os modelos de fissuração implementados foram validados através da comparação dos resultados calculados com aqueles obtidos por outros modelos da literatura, mostrando boa concordância. The use of numerical methods, such as the finite element method, allows the development of models capable of simulating the mechanical behavior of concrete taking into account its physically non-linear behavior, allowing for more realistic analyzes of the material. One of the main phenomena responsible for the physical nonlinearity of concrete is cracking, which occurs even at low loading levels, due to its low tensile strength when compared to the compressive one. In this context, the present work aims to to present and evaluate two computational models to simulate the static behavior of concrete structures during the cracking process and to make a comparison between them. The first model analyzed considers smeared cracking and it is based on monitoring the deterioration of the material’s physical properties. The cracking process is described by the decay of stresses with increased strains, through different stress-strain relationships extracted from the literature that represents the overall behavior of concrete in tension or compression. The model formulation is based on the inversion of flexibility with the use of a local secant constitutive matrix, which takes into account the damaged and the undamaged secant Young’s modulus of the material. The second model evaluated considers the crack described discretely and it is based on the use of interface elements inserted in the mesh when the stress level in the continuous elements reaches a pre-established limit. Both models analyzed were implemented using an isoparametric element for plane elasticity and an incremental-iterative subroutine with load and displacement control methods. The implemented cracking models were validated by comparing the calculated results with the ones obtained by other models from literature, showing good agreement.

FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais O concreto é uma mistura hábil de componentes comuns da superfície terrestre, o que, associado ao fato de não requerer mão de obra altamente qualificada para sua produção e ao seu bom desempenho térmico e mecânico, o torna o material construtivo mais utilizado pelo homem. Nesse contexto, o desenvolvimento urbano e a consequente evolução da construção civil proporcionaram uma crescente sofisticação das estruturas de concreto, implicando em solicitações de uso cada vez mais severas, como é o caso da submissão a gradientes térmicos, que pode fazer parte da condição de uso da estrutura, e estar prevista em projeto, ou ocorrer de forma acidental através de incêndios. Sendo assim, é necessário desenvolver modelos realistas, capazes de prever com confiabilidade, o comportamento dessas estruturas. Porém, esse não é um processo simples, uma vez que esse material apresenta uma microestrutura altamente complexa e heterogênea, o que aliado aos mecanismos de fissuração, resulta no seu comportamento não linear. Visando contribuir com este cenário, foi analisado computacionalmente o comportamento termomecânico de estruturas de concreto submetidas a altas temperaturas, empregando um conjunto de dados experimentais fornecidos pela Universidade Cergy-Pontoise, na França. Para isso, foram gerados corpos de prova sintéticos bidimensionais e tridimensionais, a partir dos quais foram feitas simulações utilizando o programa comercial de elementos finitos Abaqus e seu recurso de subrotinas. Através da implementação do modelo de dano de Mazars (1984), foi avaliada a evolução do dano, comparando os resultados das geometrias consideradas, constatando-se a congruência entre as mesmas. Para tal, foram utilizados problemas inversos para obtenção de parâmetros e propriedades desconhecidas, e foram desenvolvidos três modelos, sendo um elástico, um térmico e um termomecânico. Posteriormente, foi realizado o estudo da influência dos parâmetros do modelo de dano de Mazars (1984) na evolução do módulo de Young. Por fim, foi avaliado o impacto da granulometria e do volume relativo dos agregados no processo de danificação do concreto. Os resultados obtidos atestaram a eficácia da metodologia proposta. Concrete is a handy mixture of typical components of the earth’s surface. It is associated with the fact that it does not require highly qualified labor for its production and good thermal and mechanical performance, making it the most used construction material. In this context, urban development and the consequent evolution of civil construction provided an increasing sophistication of concrete structures, implying increasingly severe requests for use, as in the case of submission to thermal gradients, which may be part of the condition of use of the structure, and be planned in design, or occur accidentally through fires. Therefore, it is necessary to develop realistic models capable of reliably predicting these structures’ behavior. However, this is not a simple process. Once the microstructure of this material is highly complex and heterogeneous, what is associated with the cracking mechanisms, results in its non-linear behavior. Aiming to contribute to this scenario, the thermomechanical behavior of concrete structures submitted to high temperatures was analyzed computationally, using a set of experimental data provided by the Cergy-Pontoise University in France. For this, two-dimensional and three-dimensional synthetic specimens were generated, from which simulations were made using the commercial finite element program Abaqus and its subroutine resource. Through the implementation of the Mazars (1984) damage model, the damage evolution was evaluated, comparing the results of the considered geometries, verifying the congruence between them. For this purpose, inverse problems were used to obtain unknown parameters and properties, and three models were developed, one elastic, one thermal and one thermomechanical. Subsequently, the study of the influence of the parameters of the damage model Mazars (1984) on the evolution of Young’s modulus was carried out. Finally, the impact of the granulometry and the relative volume of the aggregates on the concrete damage process was evaluated. The results obtained attest to the effectiveness of the proposed methodology.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico O concreto é um material difundido e utilizado mundialmente sobretudo devido ao seu custo relativamente baixo, a não exigência de mão de obra com alto nível de qualificação para a sua obtenção, a possibilidade de ser moldado em fôrmas quando em estado fresco e a sua relativa resistência ao fogo. Contudo, a previsão do comportamento deste material, mormente quando submetido a determinadas condições de carregamento e temperatura é bastante complexa, uma vez que nesses casos ocorrem alterações microestruturais que refletem em sua estrutura macroscópica. Nesse contexto, surge a necessidade da utilização de ferramentas computacionais que possibilitem a simulação de estruturas com suas solicitações impostas. Buscando contribuir com este cenário, pretende-se neste trabalho simular o comportamento termomecânico do concreto quando o mesmo é exposto a gradientes de temperatura elevados, e entender de que forma o processo de degradação do material ocorre nesses casos, utilizando dados experimentais fornecidos pela Universidade Cergy-Pontoise, na França. Pretende-se ainda verificar de que forma a granulometria dos agregados influencia em tal processo. Para isso, será utilizado o programa comercial de elementos finitos Abaqus que permite ao usuário, através do recurso das subrotinas, descrever modelos constitutivos específicos de materiais, incorporando ao mesmo requisitos de um problema particular. Concrete is a diffused material used worldwide mainly because of its relatively low cost, not requiring labor with a high level of qualification for its obtaining, the possibility of being mol-ded in forms when in fresh state and their relative fire resistance. However, the prediction of the behavior of this material, especially when subjected to certain conditions of loading and tem-perature is quite complex, since in these cases microstructural changes occur that reflect in its macroscopic structure. In this context, it is necessary to use computational tools that allow the simulation of structures with their imposed requests. In order to contribute to this scenario, this work intends to simulate the thermomechanical behavior of the concrete when it is exposed to high temperature gradients, and to understand how the degradation process of the material oc-curs in these cases, using experimental data provided by Cergy-Pontoise University, in France. It is also intended to verify how the granulometry of the aggregates influences this process. For this, we will use the Abaqus finite element commercial program, which allows the user, through the use of the subroutines, to describe specific constitutive models of materials, incorporating the requirements of a particular problem.

O concreto é um dos materiais mais utilizados na construção civil. As três razões principais que justificam tamanha utilização são: a ótima resistência à água, a plasticidade do material quando fresco que facilita a sua moldagem e o preço e acessibilidade na maioria dos canteiros de obras. O concreto é um material heterogêneo e poroso cujo comportamento é extremamente complexo e cujas características não são totalmente compreendidas. Quando sujeito a condições ambientais extremas, como é o caso da exposição a temperaturas elevadas, esse material está suscetível a alterações físicas e químicas que podem influenciar no seu desempenho estrutural. Portanto, a previsão do comportamento deste material é complicada, pois o concreto, quando submetido a carregamentos térmicos, sofre alterações na sua estrutura porosa e nas propriedades do meio que podem influenciar seu desempenho macroestrutural térmico e mecânico. Dada a relevância do tema em estudo, o objetivo do presente trabalho é aprimorar o modelo em estudo, através da realização de análises paramétricas e da comparação entre os resultados obtidos e informações disponíveis na literatura. Especial atenção será dada aos resultados da saturação, uma vez que trabalhos anteriores denotaram a ocorrência de alguma discrepância relacionada a esta grandeza. O modelo estudado é um modelo termohídrico que descreve o comportamento do concreto submetido a carregamentos térmicos. Sua formulação matemática foi desenvolvida a partir do estudo acoplado das transferências de calor e massa no interior do concreto, quando exposto a altas temperaturas. O concreto é descrito como um sistema multifásico cujos vazios do esqueleto sólido são preenchidos com água no estado líquido e vapor de água. Quando exposto a temperaturas mais elevadas que a ambiente, diversos fenômenos, tais como condução de calor, difusão de vapor e fluxo de água no estado líquido, desidratação e evaporação são considerados. Esse modelo é discretizado utilizando o método das diferenças finitas e o método dos elementos finitos, e em seguida implementado no programa livre de cálculo por elementos finitos, o Cast3M – programa desenvolvido pelo DMT-CEA (Département de Mécanique et Technologie du Commissariat à l’ Énergie Atomique). A sua aplicação gera resultados numéricos de temperatura, saturação e pressão de vapor, os quais são utilizados para avaliar o desempenho do modelo. Concrete is one of the most used material in construction. The three main reasons for such are: its excellent water resistance; its plastic consistency when fresh, which facilitates molding; its price and accessibility at most construction sites. Concrete is a heterogeneous and porous material whose behavior is extremely complex and whose characteristics are not fully understood. When subjected to extreme environmental conditions, such as exposure to high temperatures, this material is susceptible to physical and chemical changes that may influence its structural performance. Therefore, the prediction of this material behavior is complicated, since the concrete, when submitted to thermal loads, undergoes changes in its porous structure and in the properties of the medium, which may influence its macro-structural thermal and mechanical performance. Given the relevance of the subject under study, the objective of the present research is to improve the studied model by performing parametric analyzes and comparations with the results obtained with the information available in the literature. Special attention will be given to the saturation results, since previous work has indicated the occurrence of some discrepancy related to its magnitude. The model studied, is a thermohydric model that describes the behavior of the concrete submitted to thermal loads. Its mathematical formulation was developed applying the coupled study of heat and mass transfers in the interior of the concrete when exposed to high temperatures. The concrete is described as a multiphase system whose voids of the solid skeleton are filled with liquid water and water vapor. When exposed to higher temperatures than the environmental ones, several phenomena, such as heat, vapor diffusion and water flow in the liquid state, dehydration and evaporation are considered. The model is discretized using the finite difference method and the finite element method, and then implemented in the free finite element calculation program, Cast3M - a program developed by DMT-CEA (Département de Mécanique et Technologie du Commissariat à l’Energy Atomique). Its application generates numerical results of temperature, saturation and vapor pressure, which are used to evaluate the performance of the material.

No concreto de agregado leve, a resistência à compressão e o módulo de elasticidade são as propriedades mecânicas mais importantes e consequentemente as mais comumente analisadas. A relação entre os componentes do concreto de agregado leve e suas propriedades mecânicas é altamente não linear, e o estabelecimento de um modelo de previsão abrangente de tais características é usualmente problemático. Existem trabalhos que buscam encontrar essa relação de formas empíricas. Há também trabalhos que buscam aplicar técnicas de inteligência computacional para prever essas propriedades a partir dos componentes do concreto. Prever com precisão as propriedades mecânicas do concreto de agregado leve é um problema crítico em projetos de engenharia que utilizam esse material. O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de diferentes métodos de inteligência computacional para prever a módulo de elasticidade e a resistência à compressão aos 28 dias de concretos de agregados leves em função do fator água/cimento, volume de agregado leve, quantidade de cimento e densidade do agregado leve. Para a escolha da melhor configuração de cada método, foi definida uma metodologia utilizando o algoritmo de otimização PSO (Particle Swarm Optmization). Por fim, é verificada a capacidade de generalização dos métodos através do processo de validação cruzada de modo a encontrar o método que apresenta o melhor desempenho na aproximação das duas propriedades mecânicas. In lightweight aggregate concrete, the compressive strength, the elastic modulus and specific weight are the most important properties and consequently the most commonly analyzed. The relationship between lightweight aggregate concrete components and their mechanical properties is highly nonlinear, and establishing a comprehensive predictive model of such characteristics is usually problematic. There are works that seek to find this relation of empirical forms. There are also works that seek to apply computational intelligence techniques to predict these properties from the concrete components. Accurately predicting the mechanical properties of lightweight aggregate concrete is a critical problem in engineering projects that use this material. The objective of this dissertation is to evaluate the performance of different computational intelligence methods to predict the elastic modulus and the compressive strength at 28 days of lightweight aggregates concrete as a function of water/cement factor, lightweight aggregate volume, cement quantity and density of the lightweight aggregate. In order to choose the best configuration of each method, a methodology was defined using the Particle Swarm Optmization (PSO) algorithm. Finally, the generalization of the methods through the cross validation process is verified in order to find the method that presents the best performance in the approximation of the two mechanical properties.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O concreto feito com agregados leves, ou concreto leve estrutural, é considerado um material de construção versátil, bastante usado em todo o mundo, em diversas áreas da construção civil, tais como, edificações pré-fabricadas, plataformas marítimas, pontes, entre outros. Porém, a modelagem das propriedades mecânicas deste tipo de concreto, tais como o módulo de elasticidade e a resistência a compressão, é complexa devido, principalmente, à heterogeneidade intrínseca aos componentes do material. Um modelo de predição das propriedades mecânicas do concreto de agregado leve pode ajudar a diminuir o tempo e o custo de projetos ao prover dados essenciais para os cálculos estruturais. Para esse fim, este trabalho visa desenvolver uma estratégia computacional para a avaliação de propriedades mecânicas do concreto de agregado leve, por meio da combinação da modelagem computacional do concreto via MEF (Método de Elementos Finitos), do método de inteligência computacional via SVR (Máquina de vetores suporte com regressão, do inglês Support Vector Regression) e via RNA (Redes Neurais Artificiais). Além disso, com base na abordagem de workflow científico e many-task computing, uma ferramenta computacional foi desenvolvida com o propósito de facilitar e automatizar a execução dos experimentos científicos numéricos de predição das propriedades mecânicas. Concrete made from lightweight aggregates, or lightweight structural concrete, is considered a versatile construction material, widely used throughout the world, in many areas of civil construction, such as prefabricated buildings, offshore platforms, bridges, among others. However, the modeling of the mechanical properties of this type of concrete, such as the modulus of elasticity and the compressive strength, is complex due mainly to the intrinsic heterogeneity of the components of the material. A predictive model of the mechanical properties of lightweight aggregate concrete can help reduce project time and cost by providing essential data for structural calculations. To this end, this work aims to develop a computational strategy for the evaluation of mechanical properties of lightweight concrete by combining the concrete computational modeling via Finite Element Method, the computational intelligence method via Support Vector Regression, and via Artificial Neural Networks. In addition, based on the approachs scientific workflow and many-task computing, a computational tool will be developed with the purpose of facilitating and automating the execution of the numerical scientific experiments of prediction of the mechanical properties.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Frente ao grande número de entulhos gerados na construção civil atualmente no Brasil, surgem novos métodos construtivos, se servindo de processos mais industrializados para racionalizar os materiais de construção. O Light Steel Frame (LSF) é um desses novos métodos, baseado em perfis de aço que trabalham em conjunto através de subsistemas estruturais, não requisitando água nem produção de materiais in loco. Não só a forma de construir deve ser atualizada para melhor utilizar os recursos produtivos, como também deve-se promover melhorias no gerenciamento das construções. Em virtude disso, uma crescente tecnologia que está cada vez mais sendo agregada na construção civil é a Modelagem De Informação Da Construção, ou simplesmente BIM, da sigla em inglês. BIM permite planejar, projetar, construir, usar e manter uma construção. Para isso, não é necessário que exista um aplicativo que englobe todas essas tarefas. Por utilizar informação parametrizada, aplicativos distintos podem compartilhar uma mesma informação e gerar seus resultados, processo esse denominado de interoperabilidade. Assim, este trabalho tem como foco principal desenvolver uma ferramenta capaz de modelar estruturas em LSF, realizar um pré-cálculo estrutural e também prover meios de permitir a interoperabilidade com outros softwares. Para este fim, foi empregado o SketchUp, que possui uma interface de programação em linguagem Ruby, e possui módulos de geração de dados compatíveis com as necessidades da interoperabilidade. Como resultado, a ferramenta gerada neste trabalho alcançou desempenho satisfatório, mesmo que ainda existam muitos recursos para serem agregados. The large amount of construction waste currently generated in Brazil demands new construction methods and more industrialized process. The Light Steel Frame (LSF) is one of those new methods based based on structural subsystems comprising steel properties, not ordering water or production of material in loco. Building and its management should be improoved. Building Information Modeling, or simply BIM, allows the planning design, building using and maintaing of building. Therefore, it is not necessary to have an application that includes all these tasks. By means of parameterized information, different applications can share the same information and generate results, a process known as interoperability. This work is mainly focused on developing a tool capable of modeling structures in LSF, performing a structural pre-analysis and also providing a means to enable interoperability with other software. To this end, we applied the SketchUp, which has a programming interface in Ruby language, and has data generation modules compatible with the interoperability needs. As a result, the generated tool in this work has achieved satisfactory performance, even though there are still many resources to be aggregated.

FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais O concreto é um material heterogêneo e poroso, sujeito a alterações físicas e químicas quando exposto a condições ambientais extremas, como as temperaturas elevadas. Como a reação de hidratação do cimento é reversível e termo-ativada, a exposição do concreto a temperaturas elevadas pode ter efeitos deletérios, com a ocorrência de desidratação da matriz a base de cimento, fissuração devido a pressões internas geradas pela evaporação da água de amassamento remanescente da mistura e ao desplacamento superficial (spalling). A exposição a temperaturas elevadas pode ocorrer, basicamente em duas situações bastante distintas: _ causas acidentais, como em incêndios, onde os gradientes de temperatura são muito altos e a exposição ao fogo se dá por um período de tempo relativamente curto; _ em condições normais de serviço, como os repositórios de rejeitos radioativos em que a estrutura fica sujeita a temperaturas muito elevadas, por longos períodos de tempo (décadas) . Em um trabalho anterior - FERREIRA (2011, [1]) -, desenvolvido no PGMC em colaboração com a Universidade de Cergy-Pontoise, foi realizada a modelagem termo-hídrico do comportamento de estruturas compostas por camadas de rocha e concreto, semelhantes ao que se encontra em túneis, elementos de instalações hidrelétricas e repositórios destinados a rejeitos nucleares. Foi, então, empregado o código computacional livre CAST3M 2000, desenvolvido no CEA (Commissariat à l'Energie Atomique, França), que é baseado nos conceitos de operadores e objetos e, para validação, foram usados resultados experimentais e numéricos. Propõe-se aqui a incorporação naquele modelo do acoplamento mecânico, através do modelo de dano de Mazars. Tal modelo é válido para situações de carregamento continuamente crescente tem como hipóteses básicas: _ O dano local resulta de deformações de alongamento evidenciadas por sinais positivos de, ao menos, um dos componentes principais de deformação; _ O dano é representado por uma variável escalar D (entre 0 e 1) cuja evolução ocorre quando o valor de alongamento equivalente excede o valor da deformação de referência. A análise dos resultados se baseia na comparação com os resultados obtidos por FERREIRA (2011, [1]) e com os dados experimentais disponíveis para os corpos-de-prova em bicamada rocha-concreto. Nota-se uma clara correspondência numérico/experimental. Discrepâncias observadas indicam a necessidade de estudos mais aprofundados acerca do efeito da degradação mecânica sobre as propriedades térmicas do concreto. Concrete is a heterogeneous porous material subjected to physical and chemical alterations when exposed to extreme environmental conditions, such as elevated temperatures. Cement paste dehydration may lead to cracking - and even to the ocorrence of spalling - due to internal pressures generated by water vapour formation. The exposure to high temperatures may occur in two different situations: _ accidental causes, as fires, when the temperature gradients are rather elevated and fire exposure takes a relatively short period of time; _ ordinary service conditions, like repositories for radioactive wastes. A previous M.Sc. work developed in the PGMC by FERREIRA (2011, [1]), as part of a scientific cooperation with the University of Cergy Pontoise, dealt with the thermo-hydric modelling of structures composed of concrete-rock bilayers - so as to represent elements present in tunnels, hydroeletric powerplant instalations, for instance. That work employed the free code Cast3M 2000 (developed in the CEA, Commissariat à l'Energie Atomique, França), based on the concepts of operators and objects. Experimental and numerical data were employed for validation. The present work proposes the incorporation of the mechanical coupling to that TH model, through the Mazars Damage Model - with the following basic assumptions: _ Local damage results from elongation deformations; _ Damage is represented by a scalar quantity D. The numerical results are compared with data from FERREIRA (2011, [1]) and experimental information available for concrete-rock bilayer samples. It is observed a clear numerical/experimental correspondence. Resulting discrepancies indicate the need for further investigation concerning the effects of mechanical degradation on the thermical and mechanical properties of concrete.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O concreto é um meio extremamente complexo, cujas propriedades ainda não são totalmente compreendidas. As dificuldades encontradas na descrição e previsão do comportamento de estruturas de concreto devem-se a aspectos relacionados à heterogeneidade do meio - que é poroso e multifásico - podendo conter em seu interior fluidos na forma líquida e gasosa. Quando exposto a condições de temperatura elevada, tais dificuldades são ainda maiores, devido à ocorrência de fenômenos físicos e químicos, que alteram a estrutura porosa e as propriedades do meio. Como a reação de hidratação do cimento é reversível e termoativada, a exposição do concreto a temperaturas elevadas pode ter efeitos deletérios, com a ocorrência de desidratação da matriz a base de cimento, fissuração devido a pressões internas geradas pela evaporação da àgua de amassamento remanescente da mistura e ao desplacamento superficial (\spalling"). Este trabalho consiste no estudo do comportamento termo-hídrico de estruturas compostas por bicamadas rocha-concreto - comumente encontradas em túneis e repositórios subterrâneos. Foi desenvolvido um programa experimental consistindo em análises térmicas no qual corpos-de-prova bicamada feitos com dois tipos de concreto - convencional e de alto desempenho - foram submetidos a temperaturas de até 750ºC. Tais ensaios forneceram dados para a implementação de um modelo termo-hídrico desenvolvido no código Cast3m - que foi empregado para simular os mesmos experimentos desenvolvidos em laboratório. Os resultados numéricos permitem avaliar a qualidade do modelo proposto, e servem de base para futuros desenvolvimentos que levem em conta o acoplamento termo-hidro-mecânico na descrição do comportamento do material. Concrete is an extremely complex material, whose properties are not yet fully understood. The difficulties in describing and predicting the behavior of concrete structures are due to aspects related to the heterogeneity of medium - which is porous and multiphase - presenting fluids in liquid and gas forms. When exposed to high temperature conditions, such difficulties are even increased because of the occurrence of physical and chemical phenomena, which alters the porous structure and properties of the material. As the cement hydration reaction is reversible and thermo-activated, exposure of concrete to elevated temperatures causes deleterious effects, such as dehydration of the cement-based matrix, cracking due to internal pressures generated by evaporation of free water and spalling. This work aims the study of the hygro-thermal behavior of structures composed of bilayers rock-concrete - commonly found in tunnels and underground repositories. It was developed an experimental program consisting of thermal analysis in which bilayer samples made of two types of concrete - conventional and high performance - were submitted to temperatures up to 750ºC. These tests provided data for the implementation of a hygrothermal model on the Cast3m code - which was used to simulate the same experiments developed in the laboratory. The numerical results allowed the evaluation of the quality of the proposed model, and serve as a basis for future developments that take into account the thermo-hydro-mechanical coupling to describe the material behavior.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais A Homogeneização por Expansão Assintótica (HEA) é uma técnica multiescala empregada ao cálculo de propriedades efetivas de meios contínuos com estrutura periódica. As principais vantagens desta técnica são a redução do tamanho do problema a resolver e a possibilidade de se empregar uma propriedade homogeneizada que guarda informações da microestrutura heterogênea. Quando associada ao Método dos Elementos Finitos (MEF), a HEA demanda o emprego de malhas que permitam a imposição de condições de contorno periódicas – sendo portanto necessário especificar tal particularidade quando da geração dos modelos em MEF. Tais modelos representam as células periódicas, que são volumes representativos do meio heterogêneo e, em alguns casos, apresentam uma complexidade geométrica e física que torna imprescindível o emprego de malhas com alto grau de refinamento – levando a um custo computacional significativo. Este trabalho tem por objetivo a obtenção de um programa em Elementos Finitos para a aplicação da HEA à Elasticidade em 3D, empregando técnicas de programação paralela. Foram desenvolvidas versões do programa em 2D: uma sequencial em C e duas paralelas empregando OpenMP e CUDA. Foi implementado com sucesso o programa HEA3D em uma versão sequencial, em linguagem FORTRAN e uma paralela, empregando OpenMP. Para validação dos programas, foram analisadas células periódicas bifásicas e os resultados apresentaram boa concordância com valores experimentais e numéricos disponíveis na literatura. A versão paralela obteve expressivos ganhos de desempenho, com acelerações de desempenho de até 5.3 vezes em relação a versão sequencial. The Asymptotic Expansion Homogenization (AEH) is a multiscale technique applied to estimate the effective properties of heterogeneous media with periodical structure. The main advantages of this technique are the reduction of the problem size to be solved and the ability to employ an homogenized property that keeps information from the heterogeneous microstructure. In association with the Finite Element Method (FEM), the AEH requires the application of periodic boundary conditions, which must be taken into account during the generation of FE meshes. Such models represent periodic cells, which are representative volumes for heterogeneous media and, in some cases, present a geometric and physics complexity that demands refined meshes, leading to a significant computational cost. The aim of this work is to develop a parallel program that applies both FEM and AEH to estimate the elasticity properties of 3D bodies. A sequential version of the 2D program using C, and parallel versions using OpenMP and CUDA were implemented. A sequential version of the program, called HEA3D, was successfully implemented using FORTRAN. Also, a parallel version of the code was implemented using OpenMP. The validation of the codes consisted of comparisons of the numerical results obtained, with numerical and experimental data available in the literature, showing good agreement. Significant speedups were obtained by the parallel version of the code, achieving speedups up to 5.3 times over its sequential version.