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Pesquisa sem auxílio de agências de fomento A tendência da utilização de seções transversais esbeltas devido à utilização de materiais de alto desempenho, tornam as vigas mais propensas ao fenômeno de instabilidade lateral durante as fases transitórias, especialmente no içamento. As vigas de concreto pré-moldado são levantadas durante a construção por guindastes. Vários movimentos devem ser realizados para montar a estrutura. No entanto, não há recomendação para velocidades de operação específicas para vigas longas, mas vários colapsos foram relatados nessa etapa de construção. Na literatura técnica até então este problema só foi abordado por meio de análise estática. Portanto, a presente pesquisa tem como objetivo investigar o comportamento dinâmico de vigas protendidas longas, identificando velocidades operacionais críticas de acordo com a movimentação dos guindastes. A excentricidade dos cabos de protensão e desvios de posicionamento das alças de içamento foram consideradas na análise, por acentuarem os riscos de instabilidade. Na pesquisa, foram realizadas análise modal e análise dinâmica transiente considerando a não linearidade geométrica, para uma viga de concreto pré-moldado protendido com 40 m de vão. A análise foi realizada com um modelo 3D de elementos finitos, e o sistema com múltiplos graus de liberdade foi testado em movimentos ascendente, descendente e lateral. O movimento mais crítico observado foi o movimento lateral, pois mobiliza mais a rigidez lateral das vigas esbeltas excitando as frequências de oscilação próximas à frequência natural da viga. A segurança contra a fissuração e subsequente falha durante os movimentos verticais e laterais foi verificada para velocidades de operação do guindaste de 36 cm/s e 17 cm/s, respectivamente. Para o caso mais crítico analisado, evidenciou-se na análise dinâmica um aumento de 12 vezes nas tensões de tração comparada à situação de equilíbrio estático da viga, 80% nas tensões de compressão e uma amplificação de 5 vezes na rotação da viga. The tendency to use slender cross-sections due to the use of high-performance materials makes beams more prone to the phenomenon of lateral instability during transient phases, especially during lifting. Precast concrete beams are lifted during construction by cranes. Several movements must be performed to assemble the structure. However, there is no recommendation for specific operating speeds for long beams, but several collapses have been reported at this stage of construction. In the technical literature so far this problem has only been addressed through static analysis. Therefore, the present research aims to investigate the dynamic behavior of long prestressed beams, identifying critical operating speeds according to crane movements. The eccentricity of the prestressing cables and positioning deviations of the lifting loops were considered in the analysis, as they accentuate the risks of instability. In the research, modal analysis and transient dynamic analysis were performed considering the geometric non-linearity, for a prestressed concrete beam with a span of 40 m. The analysis was performed with a 3D finite element model, and the system with multiple degrees of freedom was tested in upward, downward and lateral movement. The most critical movement observed was the lateral movement, as it mobilizes more the lateral stiffness of the slender beams, exciting oscillation frequencies close to the natural frequency of the beam. Safety against cracking and subsequent failure during vertical and lateral movements was verified for crane operating speeds of 36 cm/s and 17 cm/s, respectively. For the most critical case analyzed, the dynamic analysis showed 12 times increase in tensile stresses compared to the static equilibrium situation of the beam, 80% in compressive stresses and a 5 times amplification in beam rotation. Dissertação (Mestrado)

In river environments, bank erosion fits as a natural phenomenon that results from the interaction of the river with its physical limits. There are several factors that influence the variation of the erosion of the bank, such as: the type of land use, texture of the sedimentary material, the vegetation cover and, mainly, the hydraulic force. This study aims to analyze the dynamics of banks in river stretches in the basin of the river Taperoá, from the perspective of the river continuum, emphasizing the evidence of vegetation, hydrological, morphological and sedimentary. The research was developed from a vision of complex environmental systems, aiming to obtain quantitative and qualitative data on the behavior of the semiarid fluvial environment and to provide information for the management of water resources at both the local and regional scales. To reach the proposed purposes, the identification of the waterway performed variety, classification of risk of erosion of banks, hydrology analysis and indication of modification possibilities of lateral resistance. The results revealed six representative stretches for the lateral adjustment dynamics of the Taperoá river. The implementation of the first stage of BANCS methodology allowed to integrate all the faces of resistance (the height of the edge of the groove width, the density of roots of the sedimentary material texture, vegetation cover and angle bank) lateral stability, classify the stretches in different categories of risk of erosion (low, moderate, high and very high).Analysis of flow behavior identified high magnitude flow of events, in which the channel will provide sufficient flow of energy to generate disturbance force, and so make changes in the channel stability. Each section presenting an environmental condition or resistance to absorb this flow of energy, and thus are classified as medium and high low possibility of alterations of its banks. The erosion on banks, have a direct relationship with the vegetation parameters (root coverage and density) and the material that makes up margins, they showed even greater weight in resistance rating. The vegetation and especially their roots have a importance in increasing the bank stability and increased resistance against the actions of the flow because they provide additional reinforcement for cohesive of unconsolidated bank. Environmental management and planning in semi-arid rivers that seek to promote the conservation of the riparian environment, especially in river stretches that present less cohesive on their banks. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Nos ambientes fluviais, a erosão de margem se enquadra como um fenômeno natural que resulta da interação do rio com os seus limites físicos. Contudo, existem diversos fatores que influenciam a variação da erosão das margens, tais como: o tipo de uso da terra, textura do material sedimentar, a cobertura vegetal e, principalmente, a força hidráulica exercida sobre elas. O presente trabalho tem como objetivo analisar a dinâmica de margens em trechos fluviais na bacia hidrográfica do rio Taperoá, dentro da perspectiva do continuum fluvial, enfatizando as evidências da cobertura vegetal, hidrológicas, morfológicas e sedimentares. A pesquisa se desenvolveu a partir de uma visão de sistemas ambientais complexos, visando obter dados quantitativos e qualitativos sobre o comportamento do ambiente fluvial semiárido e fornecer informação para a gestão dos recursos hídricos tanto na escala local, como regional. Para atingir os fins propostos, realizou-se a identificação da diversidade fluvial, a classificação do risco de erosão das margens, a análise do comportamento hidrológico e a indicação das possibilidades de modificação da resistência lateral. Os resultados revelaram seis trechos representativos para a dinâmica de ajustes lateral do rio Taperoá. A aplicação da primeira etapa da metodologia BANCS permitiu integrar todos os parâmetros de resistência (a altura da margem, largura do canal, a densidade de raízes, textura do material sedimentar, cobertura vegetal e ângulo das margens) a estabilidade lateral, e assim, classificar os trechos em diferentes categorias de risco a erosão (baixo, moderado, elevado e muito elevado).Análise do comportamento de vazão permitiu identificar eventos de vazão alta magnitude, no qual o canal vai apresentar energia de fluxo suficiente para gerar força de distúrbio, e assim realizar modificações na estabilidade do canal. Porém, cada trecho apresentar uma condição ambiental ou resistência para absorver essa energia de fluxo, e dessa forma estão classificados como baixa média e alta possibilidade de sofrer modificações em suas margens. De forma geral, a estabilidade lateral dos canais apresenta uma relação direta com os parâmetros de vegetação (cobertura e densidade de raízes) e com o material que o compõem as margens, que mostraram um maior peso na classificação da resistência. A cobertura vegetal e principalmente suas raízes possuem uma importância fundamental no incremento da estabilidade da margem e no aumento da resistência contra as ações do escoamento, pois fornecem reforço coesivo adicional para os materiais da margem não consolidados. Assim, é necessário o gerenciamento e planejamento ambiental em rios do semiárido que procure promover a conservação do ambiente ripário, principalmente em trechos fluviais que apresentam materiais menos coesos em suas margens.

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento No cenário atual da construção civil, a busca pela redução de custos tende a otimizar os processos e materiais envolvidos no dimensionamento, confecção e manutenção de elementos estruturais em concreto armado e protendido. Assim, resultam elementos com seções transversais esbeltas e com melhor rendimento mecânico, porém mais propensos ao fenômeno da instabilidade lateral durante as fases transitórias, como o içamento. O principal objetivo deste trabalho é analisar, por meio de análise numérica no programa computacional ANSYS, o comportamento de vigas pré-moldadas com seção transversal assimétrica na fase transitória de içamento por cabos, com relação à estabilidade lateral, considerando-se a influência das variáveis que são referentes aos processos de fabricação e içamento. Foram realizadas análises paramétricas para verificar o efeito da variação de parâmetros na estabilidade lateral de vigas, quais sejam: comprimento da viga, posicionamento e ângulo dos cabos, altura das alças de içamento, resistência característica do concreto à compressão, excentricidade lateral inicial, desvios das alças, características geométricas da seção transversal da viga e força de protensão. Os resultados mostram a relevância e a interferência causada por cada um destes parâmetros, dos quais se destacam o comprimento dos balanços, a retirada do elemento que causa a assimetria, e os desvios de posicionamento das alças. Os resultados mostram ainda a influência da assimetria na seção transversal, cuja presença aumenta consideravelmente o ângulo de rotação de equilíbrio da seção transversal. Para as análises desenvolvidas neste trabalho, a retirada dos componentes que causam a assimetria resultou em reduções do ângulo de rotação de equilíbrio entre 30% e 50%. Para a viga de 45,57 m de vão, resultou ainda em reduções na tensão máxima de tração da ordem de 20%. In the current scenario of civil construction, the search for cost reduction tends to optimize the processes and materials involved in the design, manufacture and maintenance of structural elements in reinforced and prestressed concrete. Therefore, elements with slender cross-sections and better mechanical performance arise, despite being more prone to the phenomenon of lateral instability during transitory phases, such as lifting. The main purpose of this work is to analyze, by means of numerical analysis in the computer program ANSYS, the behavior of precast beams with asymmetric cross section in the transient phase of lifting by cables, with respect to lateral stability, considering the influence of the variables regarding manufacturing and lifting processes. Parametric analyzes were performed to verify the effect of the variation of parameters on the lateral stability of beams, which are: girder length, position and angle of the cables, height of the lifting loops, characteristic resistance of the concrete, lateral sweep, lifting loops deflection, geometric properties of the beam’s cross section and prestressing force. The results show the relevance and the interference caused by each one of these parameters, of which the location of the lift points from the ends, the removal of the element that causes the asymmetry, and the lifting loops deflection stand out. The results also show the influence generated by the asymmetry in the cross section, whose existence considerably increases the equilibrium rotation angle of the cross section. For the analysis developed in this work, the removal of the elements that cause the asymmetry resulted in reductions in the equilibrium rotation angle between 30% and 50%. For the 45.57 m span beam, it resulted in about 20% reduction in the maximum tensile stress. Dissertação (Mestrado)

A montagem de vigas pré-moldadas protendidas de concreto longas e esbeltas merece estudo e atenção, devido aos riscos de instabilidade lateral. Tanto na fase de içamento como após o posicionamento na estrutura, esses elementos estruturais, com baixa rigidez à flexão lateral, exigem dos projetistas análises que garantam a segurança do manuseio. Portanto, esse trabalho visa propor um modelo analítico para análise paramétrica de vigas já posicionadas em seu local definitivo, quando as ligações ainda não foram efetivadas, considerando a geometria da seção transversal, características físicas dos materiais bem como imperfeições geométricas. São propostas soluções analíticas não lineares para determinar a carga de tombamento de vigas pré-moldadas sobre aparelhos de apoio de elastômeros. Um modelo numérico desenvolvido no programa computacional ANSYS é utilizado para comparação com os resultados analíticos. Por fim, é feita uma análise paramétrica para verificar o comportamento da estrutura em função da variabilidade de parâmetros específicos como a excentricidade inicial, a rotação inicial da viga, a resistência do concreto, as dimensões do aparelho de apoio, a força de protensão e a seção transversal da viga. Os resultados mostram que as equações propostas permitem caracterizar o comportamento não linear pós pico da viga e considerar tanto a excentricidade quanto a rotação inicial. A análise paramétrica evidenciou a grande influência das propriedades geométricas da viga, como seção transversal, excentricidade e rotação inicial, dentre outros parâmetros, na estabilidade ao tombamento da viga. Tanto a rigidez a rotação do apoio como a da seção transversal foram os fatores de maior influência na carga crítica de tombamento. A contraflecha devido a força de protensão isoladamente resultou em uma diminuição insignificante da carga crítica. Para os casos analisados, quanto a carga crítica de tombamento, observa-se redução média de até 7% devido a presença de excentricidade inicial e 9% devido a consideração de rotação inicial, entre 42% a 62% devido a diminuição da rigidez a rotação do apoio, de 33% e 41% devido a redução do comprimento da mesa superior da viga, de 29% e 48% para as seções BT-63 e BT-72, respectivamente, em comparação a BT-54, devido ao aumento da altura da viga. Quanto ao ângulo crítico de tombamento, as análises mostram que a excentricidade inicial e a rotação inicial provocam aumentos significativos em seus valores, atingindo um aumento de 52% para os valores analisados de excentricidade inicial e de 47% para os valores de rotação inicial. O ângulo de início de fissuração é sensível às variações das propriedades da seção transversal da viga. Desta forma, constata-se que a rigidez à flexão lateral é o principal parâmetro que governa a fissuração da viga. Finalmente, a forma da seção transversal e a quantificação das imperfeições geométricas, como excentricidade e rotação inicial, são de suma importância para as análises de tombamento. The handling of long and slender precast prestressed concrete beams deserves study and attention due to the risks of lateral instability. During the lifting phase and after positioning the beam in the structure, these structural elements, which have low lateral flexural stiffness, require verification of the safety for handling by the designers. Therefore, this work aims to propose an analytical model for parametric analysis of beams already positioned in their definitive location, when the connections have not yet been made, considering the geometry of the cross-section, physical characteristics of the materials as well as geometric imperfections. Nonlinear analytical solutions are proposed to determine the loading of precast beams on elastomeric support devices. It is worth mentioning that no analytical formulation available in the literature that considers the initial rotation of the beam as an imperfection in the study of equilibrium. A numerical model developed in the ANSYS software program is used for comparison with the analytical results. Finally, a parametric analysis is performed to verify the behavior of the structure as a function of the variability of specific parameters such as initial eccentricity, initial beam rotation, concrete strength, dimensions of the bearing pads, the prestressing force and cross-section of the beam. The results show that the proposed equations allow to characterize the non-linear behavior after the peak of the beam and to consider both the eccentricity and the initial rotation. The parametric analysis evidenced the significant influence of the geometric properties of the beam, such as cross-section, eccentricity, and initial rotation, among other parameters, on the stability of the beam. The rotational stiffness of the support and the section stiffness were the factors of most significant influence on the rollover load. The camber due to the prestressing force resulted in an insignificant decrease in the critical load. For the analyzed cases, the rollover load had an average reduction up to 7% due to the presence of initial eccentricity and 9% due to the consideration of initial rotation, an average reduction between 42% and 62% due to the decrease in the rotational stiffness of the support, 33% and 41% due to the reduction of the beam top flange length, 29% and 48% for the increase in section height for the beams BT-63 and BT-72 compared to the BT-54, respectively. Regarding the critical rollover angle, the analyses show that the initial eccentricity and the initial rotation cause significant increases in their values, reaching an increase of 52% for the analyzed values of initial eccentricity and 47% for the values of initial rotation. The cracking angle is sensitive to variations in beam cross-sectional properties. In this way, lateral stiffness is the main parameter that governs the cracking of the beam. Finally, the shape of the cross-section and the quantification of geometric imperfections, such as eccentricity and initial rotation, are of paramount importance for stability analyzes. Dissertação (Mestrado)

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:01:00Z No. of bitstreams: 1 Felipe Ozorio.pdf: 8533135 bytes, checksum: 8201ba40ce4171d973bb061b661084f6 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:01:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Ozorio.pdf: 8533135 bytes, checksum: 8201ba40ce4171d973bb061b661084f6 (MD5) Previous issue date: 2011-11-10 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Restrictions of space and height are often imposed to residential, commercial, industrial, warehouses and sheds with one, or several floors, due to aspects like regional regulations, technical, economic or aesthetic nature. In order to provide the passage of pipes and ducts with large diameter under steel girders, that normally requires great heights, sometimes leads to floors building highs with an unviable magnitudes. Several structural solutions can be used to overcome these obstacles, where the most popular are the beams with variable inertia (tapered and haunched beams), stub-girders, trusses, and beams with one or more web openings with various geometries. When castellated beams, structural solution studied and discussed in this dissertation, are considered stability issues at the construction stage becomes to attract the structural engineer attention since the lateral bracing are not yet installed. The unbraced span lengths generally reached by these beams are often long enough to cause instability effects. However, the substantial enhancement in the flexural strength of such members, due to the extra height coming from the manufacturing process in relation with the original profile, combined with the economy of material and utility services, ensures to the designers the attractiveness of this solution, especially when applied to large spans. On the other hand, this proportional increase in span lengths enhances the significance of improving the beam lateral instability resistance. The present investigation aims to develop a numerical model, that calibrated with experimental results, enables the development of a parametric analysis. This analysis aimed to determine the structural behavior of the castellated beams and their associated failure mechanisms, considering an elastic-plastic behavior as well the geometric non-linearities. The investigation was also able to evaluate, quantify and determine the influence of geometry variables like span lengths and cross sections dimensions. The methodology used for this study was developed based on a parametric analysis centred on the finite element method. Restrições de espaço e altura são frequentemente impostas às edificações residenciais, comerciais, industriais, depósitos e galpões com um ou diversos pavimentos em função de aspectos de regulamentos regionais, técnicos, econômicos ou ainda de natureza estética. A fim de proporcionar a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, grandes alturas são normalmente requeridas, demandando por vezes, magnitudes de altura inviáveis entre pavimentos de edificações. Diversas soluções estruturais podem ser utilizadas para equacionar tais obstáculos, onde dentre outras, pode-se citar as vigas com inércia variável, stub-girders, treliças mistas, vigas misuladas e vigas com uma ou múltiplas aberturas na alma com geometrias variadas. No que tange às vigas casteladas, solução estrutural pautada neste estudo, a estabilidade é sempre um motivo de preocupação tipicamente durante a construção quando os contraventamentos laterais ainda não estão instalados. De qualquer forma, o comprimento destravado em geral alcançado pelos vãos destas vigas, são longos o suficiente para que a instabilidade ocorra. Todavia, o acréscimo substancial da resistência à flexão de tais membros devido ao aumento da altura oriundo de seu processo fabril em relação ao perfil matriz, aliada a economia de material e utilidade fim de serviço, garante a atratividade no aproveitamento destas, para grandes vãos junto aos projetistas. Não obstante, este aumento proporcional no comprimento dos vãos faz com que a instabilidade lateral ganhe importância especial. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo numérico que permita a realização de uma avaliação paramétrica a partir da calibração do modelo com resultados experimentais, efetuar a análise do comportamento de vigas casteladas e verificar seus mecanismos de falha, considerando comportamento elasto-plástico, além das não-linearidades geométricas. Também é objetivo deste trabalho, avaliar, quantificar e determinar a influência das diferenças geométricas características das vigas casteladas em relação às vigas maciças com as mesmas dimensões, analisando e descrevendo o comportamento estrutural destas vigas de aço para diversos comprimentos de vãos. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos.