ECI - Dissertação

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Avaliação do processo de lixiviação em concreto massa - o caso de Itaipu Binacional
(2019) Neumann Junior, Cláudio; Santos, Ana Carolina Parapinski dos; Faria, Étore Funchal de
Estruturas de concreto em contato constante com a água estão sujeitas ao fenômeno da lixiviação, através do qual ocorre o transporte de partículas da matriz cimentícia, em especial o hidróxido de cálcio, para o meio externo, acarretando aumento da porosidade, absorção e diminuição das propriedades mecânicas como a resistência à compressão. O objetivo deste estudo é avaliar o estágio atual do processo de lixiviação do concreto de enchimento da fundação da Casa de Força da Hidrelétrica de Itaipu Binacional, tendo em vista que estudos realizados até o ano de 1993 indicaram, naquela ocasião, não haver riscos à estabilidade dessa estrutura, que pudessem comprometer o funcionamento dos equipamentos eletromecânicos, motivo pelo qual foram parcialmente descontinuados desde então. Os extensômetros de hastes instalados na região de interesse mostram recalques acumulados de até 8 mm, conforme requisitos de projeto, e apesar de as análises químicas de águas de infiltração indicarem que a lixiviação continua ocorrendo, verifica-se que sua intensidade atual é menor do que aquela existente no início da década de 1980. Testemunhos de concreto foram extraídos e submetidos a ensaios de compressão, apresentando resistências superiores às de projeto (de até 36 MPa). Da interpretação conjunta de análises químicas das águas de infiltração com as avaliações complementares em MEV, DRX e TG, verifica-se que existem distintos estágios de degradação do concreto, indicando zoneamento das camadas de concretagem - e consequentemente das percolações - que correspondem a regiões porosas interconectadas e outras regiões com menores interconexões, embora isto se trate de alterações localizadas, sem comprometimento à estrutura.
Estudo para ampliação do uso da madeira para a construção de habitações no Brasil
(2019-07-15) Rovaris, Camila; Punhagui, Katia Regina Garcia
O objetivo desta pesquisa foi identificar fatores que interfiram no desenho de estratégias para a promoção do uso da madeira na construção brasileira de habitações, considerando as perspectivas “top-down” e “bottom-up”. Para isso a pesquisa foi dividida em 5 capítulos. O primeiro capítulo apresenta a introdução com a fundamentação teórica sobre o tema. No capítulo dois fez-se uma avaliação de estratégias de promoção para o aumento do uso da madeira em fins de longo ciclo de vida na construção, em panorama mundial, por meio de levantamento bibliográfico, onde foram constatadas 16 localidades que estão promovendo ou que promoveram o uso da madeira na construção. Foram analisadas as metodologias utilizadas, objetivos, dificuldades e resultados, para identificar elementos que auxiliem na fundamentação de estratégias específicas para o Brasil. No capítulo três caracterizou-se o mercado brasileiro de habitação de madeira, suas técnicas construtivas para compreender o desenvolvimento do cenário de habitações de madeira ao longo dos anos e analisá-lo para a contextualização de estratégias. Na sequência, no capítulo quatro, foi realizado um estudo com os consumidores efetivos de habitações em madeira por meio de aplicação de questionários, onde fez-se aplicação na internet para a pesquisa por amostragem e de forma presencial em estudo de caso específico na Vila A em Foz do Iguaçu; e o capítulo cinco as conclusões gerais da pesquisa. Buscou-se identificar potencialidades e obstáculos para o uso do material segundo o ponto de vista do usuário, suas motivações para aquisição/uso, bem como suas satisfações. Concluiu-se que alguns países estão promovendo o uso da madeira na construção civil como forma de mitigar os impactos ambientais causados pelas emissões de CO2, apesar disso, não foram encontradas iniciativas com metas de redução dessas emissões. Notou-se que, todas as localidades que estão promovendo o aumento do uso da madeira apresentaram algum tipo de dificuldade, relacionadas a proibições de uso do material, regulamentações desfavoráveis, não cultura do uso da madeira e percepções negativas da população, até mesmo aquelas em que já possuem tradição madeireira. Por parte do consumidor, considerando as limitações do estudo, a principal motivação de aquisição/uso de uma habitação de madeira é o seu baixo preço, onde a maior parte da amostra está concentrada em um público com baixo poder aquisitivo. Os principais pontos positivos de uma habitação em madeira segundo o consumidor foram: velocidade de construção, aconchego, baixa produção de resíduos, durabilidade, estética, conforto térmico, preço de aquisição, fácil manutenção e baixa umidade/infiltração. Já os principais pontos negativos foram: ataque de insetos/cupins; ruídos; isolamento acústico; preço de venda; e, susceptibilidade ao incêndio, onde as residências pré-fabricadas apresentaram fatores mais positivos. Diante das dificuldades substanciais do Brasil relacionadas a utilização da madeira na construção civil em fins de longo prazo, as estratégias adotadas devem ser articuladas, com cooperação entre os setores público e privado. Acredita-se que melhorias tecnológicas e desenvolvimento do setor de produtos industrializados em madeira possa ser um fator a ser tratado com relevância no desenho de estratégias para o Brasil para ampliar o emprego deste material.
Efeito da adição de resíduos de polietileno de alta densidade e borracha de pneus em ligante asfáltico 50/70
(2019-08-09) Guimarães, Marcio Evandro; Souza, Ricardo Oliveira de
No Brasil a pavimentação de ruas, avenidas e estradas são executadas maiormente com misturas asfálticas, em que o ligante asfáltico tem papel fundamental na coesão, resistência ao afundamento de trilha de roda, resistência à fadiga e resistência ao trincamento térmico. O desempenho desses ligantes pode ser melhorado com a adição de modificadores como estireno-butadieno-estireno (SBS), etileno acetato de vinilo (EVA), resíduo de polietileno e/ou de borracha de pneus reciclados. Neste sentido, este estudo avaliou o efeito da adição de resíduo de polietileno de alta densidade (PEAD) em teores de 1, 2, 3% e de borracha de pneus reciclados em teores de 13 e 15% ao ligante asfáltico convencional 50/70. A avaliação envolveu ligantes não envelhecidos e envelhecidos em curto prazo, de modo que todos os ligantes foram submetidos a ensaios de ponto de amolecimento, ponto de fulgor, viscosidade Brookfield, cisalhamento dinâmico, fluência em viga, termogravimetria, calorimetria exploratória diferencial e espectroscopia de infravermelho, e para todos os resultados foram realizadas análises de regressão linear múltipla. Constatou-se a adição de PEAD e borracha de pneus agem como agentes redutores de perda de massa, de modo a diminuir a volatilização do CAP modificado. Para os maiores teores de adição de PEAD e menores teores de borracha, houve um aumento da consistência e da resistência ao afundamento de trilha de roda. A adição de 13% de borracha + 3% de PEAD apresentou o melhor desempenho dentre os ligantes modificados avaliados.
Cobogós: uma análise da influência da forma na iluminação natural
(UNILA - BIBLIOTECA LATINO-AMERICANA, 2019-11-11) Jaime Camacho, Darwin Onesimo; Sacht, Helenice María
Dentro de las ocho regiones bioclimáticas que Brasil presenta, gran parte de su territorio es dominado por un clima caliente y húmedo. En estas regiones, el aprovechamiento de la iluminación natural es una estrategia proyectual de gran importancia para la calidad del espacio y para la eficiencia energética, debiendo ser considerada esencial en la concepción de proyectos arquitectónicos. En este contexto, los elementos perforados dentro de ellos el cobogó, son una alternativa arquitectónica que puede ser utilizada para amenizar las condiciones de este tipo de clima, pues proporcionan iluminación natural permanente, en el interior del ambiente. Delante de estos aspectos en este trabajo de investigación se elaboró un estudio comparativo entre diferentes geometrías de cobogós, para verificar dentro de las geometrías analizadas, cual es la más adecuada en términos de iluminación natural, para tal se realizó un mapeamiento de los elementos perforados (cobogós) en el mercado brasilero para de esta manera, estudiar y analizar, por medio de simulaciones computacionales, cuál de ellos presenta el desempeño más adecuado para situaciones donde se necesita de mayor iluminación natural; bien como verificar la relación entre forma y función.
Formulação termodinâmica do acoplamento corrosão-fissuração em estruturas de concreto armado
(2019-12-17) Brant, Carlos Alberto Caldeira; Flórez-López, Julio
O objetivo deste trabalho é propor um modelo matemático para o acoplamento da corrosão, fissuração e plasticidade em análises de estruturas de concreto armado. Para isso, é levado em consideração a corrosão devido a presença de íons cloretos no concreto que desencadeia a diminuição da seção transversal das barras de aço e a penalização da tensão de escoamento. Para modelagem do comportamento estrutural, esta pesquisa baseia-se na teoria do dano concentrado que permite cálculos inelásticos de estruturas. Como fundamentação teórica para o modelo matemático proposto são utilizados alguns conceitos e leis da termodinâmica de sólidos. Essa teoria clássica é, primeiramente, adaptada a estruturas tipo pórticos – termodinâmica de pórticos –. Essa termodinâmica, por sua vez, é validada com modelos matemáticos auxiliares já consolidados na literatura: modelo elástico, modelo elastoplástico com encruamento cinemático linear, modelo com dano frágil e modelo elastoplástico com encruamento cinemático que contém dano. O modelo proposto neste trabalho é denominado elastoplástico com encruamento cinemático, dano e corrosão, sendo que as variáveis internas utilizadas são rotação plástica, nível de dano e nível de corrosão. O modelo desenvolvido foi utilizado para simulação de uma laje maciça e de um pórtico de concreto armado. Em ambas as estruturas, pôde-se notar que a evolução da corrosão no tempo causa incrementos da fissuração, gerando a plastificação da seção transversal mais solicitada. Verifica-se que o processo corrosivo foi acelerado por causa da evolução do dano. Isso provoca a diminuição da vida útil da estrutura, com o surgimento de um nível de dano crítico e/ou de uma primeira rótula plástica em um tempo inferior ao esperado. Assim, como principal contribuição, o modelo desenvolvido serve de ferramenta na estimativa do tempo de colapso estrutural.
Avaliação do potencial de captura de CO2 de concretos com resíduos de construção e demolição devido à carbonatação
(2019-12-18) Rigo, Eduardo; Possan, Edna; Oyamada, Giovanna Patrícia Gava
A indústria do cimento é responsável por aproximadamente 7% das emissões globais de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, oriundas, principalmente, do processo de descarbonatação do carbonato de cálcio durante a clinquerização. Em um processo reverso, o concreto e outros materiais a base de cimento capturam CO2 através do processo de carbonatação. Essa reação ocorre devido ao caráter ácido do dióxido de carbono, que reage com os compostos hidróxidos (de caráter básico) presentes no concreto, produzindo sal e água. Discute-se na literatura que a captura de CO2 pelo concreto pode ser uma medida de compensação do dióxido de carbono emitido pela produção de cimento. Porém, nos estudos existentes, há divergências quanto à potencialidade de captura de CO2 tanto durante sua vida útil quanto no período pós-demolição. Devido a essas discordâncias e o contexto de reaproveitamento de resíduos de construção e demolição (RCD), visto que esses são extensamente produzidos pela indústria da construção civil e também capazes de capturar CO2, tem-se por objetivo neste estudo a determinação da potencialidade da captura de CO2 de concretos constituídos com RCD. Para tal, foram produzidos concretos de diferentes relações água/cimento (0,45, 0,55 e 0,65) e teores de substituição de agregados (miúdo e graúdo) natural por agregado reciclado em 0, 50 e 100% em relação ao volume de agregados. O potencial de captura de CO2 foi avaliado por meio de análise termogravimétrica e da determinação da profundidade de carbonatação, para amostras submetidas à carbonatação acelerada. As etapas do experimento foram: projeto de experimento; caracterização dos materiais e dosagem dos concretos; caracterização dos concretos; carbonatação acelerada; ensaio termogravimétrico (TG e DTG); determinação das emissões de CO2; determinação da captura de CO2 devido à carbonatação e cálculo do balanço das emissões. Verificou-se que as propriedades mecânicas dos concretos avaliados foram reduzidas e a carbonatação aumentada, conforme se elevou a porcentagem de substituição dos agregados naturais por reciclados de RCD, o que foi favorável para a captura de CO2. O potencial de captura de CO2 nos concretos avaliados variou entre 8 e 54%, sendo os maiores valores provenientes dos concretos com RCD. O ensaio termogravimétrico apresenta-se como uma técnica promissora para determinação do potencial de captura de CO2 de concretos carbonatados. A determinação da captura de CO2 a partir da medição da profundidade carbonatada, por empregar parâmetros tabelados ou da literatura, pode apresentar erros maiores nas determinações, porém pode ser uma ferramenta útil na determinação de cenários. O estudo corrobora a pretensão de que a carbonatação de materiais cimentícios pode ser considerada um parâmetro de compensação do CO2 emitido na indústria do cimento, especialmente quando se incorpora resíduos de construção e demolição à mistura.
Estimativadas Perdas de Protensão em Vigas utilizando Parâmetros Dinâmicos: Simulação Numérica
(2020) Estruzani, Andressa; Araujo, Ivan; Kzam, Aref; Orientação
Estruturas de concreto protendido são utilizadas com frequência nas obras de engenharia civil e um dos parâmetros que podem afetar o seu desempenho e colocar em risco sua segurança é a perda da força de protensão. Nesse contexto, a análise dinâmica poderia ajudar na estimação do estado da protensão e a integridade estrutural. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da força de protensão nas frequências naturais de vigas biapoiadas e de forma inversa estimar as perdas de protensão a partir dos parâmetros dinâmicos. No entanto, a literatura mostra que a influência da força de protensão no comportamento dinâmico das estruturas é um assunto que ainda não mostra um consenso entre os pesquisadores. Alguns estudos teóricos,mostraram que a frequência natural diminui ou não é influenciada pelo aumento da força de protensão. Por outro lado, experimentos realizados em laboratório indicam uma tendência crescente das frequências naturais com a força de protensão. Tomando em contaunicamente as conclusões de trabalhos experimentais da literatura, neste trabalho é proposto um modelo numérico,levando em consideração um efeito combinado da influência dos cabos protendidos na dinâmica do sistema, relacionadaàforça axial (produto da força de protensão)e àpresença do cabo. Resultados de experimentos realizados em laboratório, encontrados na literatura, são utilizados para a validação do modelo numérico. As comparações realizadas mostram resultados próximos entre os resultados numéricos e os experimentais, principalmente para a primeira frequência natural. Após verificar o modelo numérico proposto, uma viga com a força inicial de protensão projetada foi utilizada para construir uma curva que poderia estimar as perdas de protensão a partir da relação entrea porcentagem de perdas de protensão com as frequências naturais. Nesse exemplo, mostra-se que a taxa de variação das frequências naturais depende no nível de força inicial aplicado na protensão.
Contribuição ao estudo do módulo de elasticidade estático e dinâmico de concretos contendo agregados basálticos: análise experimental e proposta de modelo de correlação
(2020) Thomaz, William de Araujo; Possan, Edna; Miyaji, Dan Yushin
O módulo de elasticidade é uma das principais propriedades do concreto a qual está associada à deformação máxima permitida em projetos estruturais. O ensaio normatizado e mais difundido no Brasil é de caráter destrutivo, o qual demanda tempos elevados para a sua realização devido aos ciclos de carregamento necessários, além de um considerável número de corpos de prova. Como alternativa, ensaios não destrutivos, os quais geralmente são de rápida realização e demandam um número reduzido de amostras, vêm sendo estudados progressivamente durante os últimos anos como método para obtenção do valor do módulo de elasticidade dinâmico do material. Deste modo, este estudo avaliou comparativamente o método de ensaio destrutivo regido pela NBR 8522 (2017) e os métodos não destrutivos de Velocidade de Pulso Ultrassônico (VPU) e de Técnica de Excitação por Impulso (TEI) para a determinação do módulo de elasticidade do concreto. Para tal, foram produzidas diferentes misturas de concreto com três níveis de relação água/cimento (0,45, 0,55 e 0,65), agregado graúdo basáltico de três fontes mineralógicas diferentes do terceiro planalto paranaense (Foz do Iguaçu-PR, Toledo-PR e Guarapuava-PR) e quatro níveis de teor de agregado graúdo (60%, 54%, 48% e 42%). Os resultados indicaram que os valores do módulo dinâmico são 16% e 28% superiores ao estático para o TEI e VPU, respectivamente. A execução dos ensaios não destrutivos, para ambos os métodos, é cerca de 10 vezes mais rápida que para o ensaio destrutivo. Quanto aos modos de vibração longitudinal e flexional no método TEI, verificou-se uma divergência de aproximadamente 15 GPa nas idades iniciais do concreto. Aos 28 dias, os módulos de elasticidade dinâmico dos dois modos vibracionais são estatisticamente idênticos, contudo, é recomendado a utilização do modo longitudinal por este proporcionar menor desvio padrão. Com os resultados obtidos, obteve-se uma equação de correlação entre o módulo estático e o módulo dinâmico em função da massa específica do agregado graúdo, do teor de agregado no concreto e do método de medição utilizado, com o coeficiente de regressão do modelo matemático variando entre 0,811 e 0,901 e erro máximo de 2,46 GPa. A equação proposta é uma ferramenta em potencial para prever o módulo de elasticidade estático do concreto por meio de ensaios não destrutivos para as condições de contorno que orientaram seu desenvolvimento, podendo ser uma contribuição às normas técnicas brasileiras para determinação do módulo de elasticidade pelo método das frequências naturais de vibração e da velocidade de pulso ultrassônico.
Resíduos de Construção e Demolição à Luz da Política Nacional de Resíduos Sólidos
(2020-02-28) Matias, Alessandra Natiele; Orientação
Esta pesquisa tem como objetivo delinear o panorama atual da gestão e gerenciamento dos Resíduos de Construção e Demolição (RCD) nas capitais brasileiras, em relação à Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS). Trata-se de uma pesquisa de caráter quali-quantitativo baseada em abordagem múltipla, adotando-se como procedimentos a revisão de literatura com análise bibliométrica, e as pesquisas exploratória e de levantamento. Para tanto, a pesquisa foi dividida da seguinte forma: i) breve introdução da parte conceitual e teórica com foco nacional, apresentando uma visão geral a respeito da temática e levantando indicadores sobre a geração de RCD no Brasil; ii) revisão de literatura com foco internacional, de modo a obter um estado da arte sobre os rumos de investigação e as práticas efetivas de gestão e gerenciamento dos RCD; iii) pesquisa exploratória para levantamento de informações documentais sobre os planos de resíduos sólidos nos âmbitos estaduais, microrregionais, de regiões metropolitanas ou aglomerações urbanas, intermunicipais ou municipais; e pesquisa de levantamento por meio de questionários/entrevistas, visando buscar dados sobre a gestão integrada dos RCD, incluindo desde as etapas de geração, manejo e destinação final. Esta última etapa da pesquisa foi conduzida junto as 27 capitais brasileiras. Os questionários foram encaminhados por e-mail e via portal da transparência, sendo também realizadas entrevistas via contato telefônico. A taxa de retorno foi da ordem de 96,3%. A partir da literatura consultada constatou-se que são gerados em média 140,38 kg de RCD por m² de construção (a mediana é da ordem de 150 kg/m²). A taxa de geração per capita de RCD tem média de 1,29 e mediana de 1,22 kg/hab./dia. Verificou-se que o uso de ferramentas computacionais, como o BIM é indicado como estratégia primordial para a não geração ou redução da geração do RCD nas fases de projeto e construção. Em relação a reciclagem de RCD, constatou-se que o emprego de agregado reciclado para a produção de concreto estrutural ainda carece de comprovação de desemprenho, sobretudo quanto aos aspectos de durabilidade. No que se refere à gestão e gerenciamento de RCD, a quantificação precisa da geração é um pré-requisito para a implementação de estratégias bem-sucedidas. Já a aplicação de estratégias múltiplas (BIM, ACV, pré-fabricação, incentivos econômicos, entre outros) possuem maior efeito positivo que estratégias isoladas. Sobre as pesquisas exploratória e de levantamento, constatou-se que apenas 59% das capitais brasileiras e seus respectivos Estados possuem planos de resíduos sólidos e 48,8% possuem uma adequada gestão integrada dos RCD, sob a ótica da PNRS. Também foi identificado que existem divergências entre as bases de dados do Governo Federal e informações declaradas pelos agentes oficiais, sem contar que muitas informações são ausentes e/ou inexistentes. Há falta de homogeneização dos conceitos relacionados aos resíduos sólidos, com diversas nomenclaturas para um mesmo item, o que dificulta o processo de gestão e gerenciamento dos resíduos no Brasil. Logo, uniformizar e entender corretamente os termos técnicos é um primeiro passo para a adequada gestão integrada dos RCD no país. Além disso faz-se necessário quantificar corretamente a geração de RCD. O conceito de economia circular deve ser considerado na elaboração de políticas públicas voltadas para o aprimoramento e o melhor gerenciamento de RCD no Brasil.
Uso da análise modal e de flambagem como método de análise não linear geométrica em estruturas
(2020-04-24) Ferreira, Wagner de Almeida; Araújo, Ivan Dário Gomez; Sánchez, Jesús Antonio García
Trabalhos recentes mostram que existe uma relação entre; período natural de vibração e os efeitos globais de segunda ordem nos pórticos de concreto armado. Essa relação ocorre porque ambos dependem essencialmente das matrizes de rigidez e de massa da estrutura. Dessa forma, é proposto neste trabalho um método que aproveita a relação que existe entre os parâmetros dinâmicos e os efeitos não-lineares. A metodologia estabelece uma relação entre os modos de instabilidade na flambagem com os modos de vibração da estrutura. Especificamente, é realizada uma interpolação dos modos de vibração entre o estado sem carga axial e o estado com carga axial crítica aproveitando a propriedade de ortogonalidade dos modos de vibração para definir uma metodologia, denominada aqui como análise P-delta modal. Esse método permite obter o comportamento da curva força-deslocamento até a ocorrência da flambagem, o que representa um avanço com relação às técnicas apresentadas nos trabalhos anteriores, onde simplesmente são definidos fatores de amplificação como um indicativo para determinar a significância dos efeitos de segunda ordem. A metodologia proposta aproxima-se integramente a resultados obtidos com métodos tradicionais como P-delta. Exemplos foram realizados em um pilar e em um pórtico plano sem descontinuidades geométricas e de massas, com várias configurações de carga. Encontrou-se que o método proposto consegue reduzir o tempo computacional a aproximadamente 50%, quando comparado com o método P-delta tradicional.
Avaliação da degradação de Sistemas de reforço de pilares com CFRP sob ação da umidade
(2020-05) Lenzi, Fernanda; Dalfré, Gláucia Maria
Polímeros Reforçados com Fibras (PRF ou Fiber Reinforced Polymers, em língua inglesa) se apresentam como uma opção atrativa para o reforço de estruturas na construção civil devido às características como baixo peso próprio, facilidade e versatilidade de aplicação, elevada resistência à tração, à corrosão e à fadiga. Dentre as principais técnicas de aplicação de reforço com FRP ressalta-se a técnica EBR (Externally Bonded Reinforcement, em língua inglesa), que consiste na aplicação de reforço por meio de colagem externa, o que causa sua exposição a agentes agressivos e a consequente perda de durabilidade quando não protegido. Neste âmbito, este projeto baseia-se em uma análise experimental e teórica visando avaliar o comportamento e a degradação de pilares curtos de concreto armado, reforçados externamente com mantas de fibra de carbono quando expostos à umidade, ao longo do tempo. Para tal, pilares com e sem armadura, não reforçados e reforçados, com mantas de fibra de carbono, aplicadas segundo a técnica EBR, por meio de confinamento contínuo e discreto, com uma e duas camadas de reforço, foram submetidos à ensaios de compressão axial. Também foi realizada a análise experimental do comportamento dos materiais constituintes do sistema de reforço por meio de ensaios de tração uniaxial de corpos de prova de resina epoxídica e de compósito de CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer, em língua inglesa), os quais foram expostos a ciclos de umidade e a umidade constante. Os resultados obtidos indicam que as resinas epoxídicas apresentaram redução de até 76% e 61% nos valores de tensão máxima e módulo de elasticidade, respectivamente, quando expostas aos ambientes de degradação estudados nesta pesquisa. Quanto ao compósito, não se observou degradação independentemente do ambiente analisado. Constatou-se aumento de capacidade de carga de até 40% nos elementos reforçados com o aumento do número de camadas de material de reforço. Para além disso, o reforço aplicado de forma contínua apresentou melhor desempenho comparado ao elemento reforçado por confinamento discreto, independentemente da variação do número de camadas. Entretanto, redução de até 10% na tensão média máxima foi observada após exposição a umidade. Quanto ao modelo analítico, observou-se que o proposto pela ACI 440.2R (2017) demonstrou bons resultados para previsão de tensões últimas para os modelos com confinamento contínuo, entretanto, o mesmo não pode ser observado para os de confinamento discreto, pois a ACI 440.2R (2017) não considera, em seu modelo de cálculo, o envolvimento parcial. Quanto as deformações axiais, verificou-se que o modelo não representa satisfatoriamente o observado nos ensaios experimentais. Para os pilares não confinados, tanto a norma NBR 6118 (ABNT, 2014) quanto a ACI 318 (2019) apresentam tensão de ruptura de projeto de 10 a 20% inferiores as obtidas experimentalmente quando aplicados os coeficientes de redução. O estudo corrobora o entendimento acerca da fragilidade do elemento de concreto reforçado com CFRP frente a exposição à umidade, especialmente para elementos com confinamento discreto.
Design Generativo para Criação de Elementos de Controle Solar para a Arquitetura
(Marcelo Langner, 2020-08-05) Langner, Marcelo; Orientação
Arquitetos, engenheiros e projetistas podem fazer o uso de algoritmos evolutivos de otimização, em conjunto com programas de simulação computacional de eficiência energética, para a criação de ferramentas individuais de design generativo responsivo. Esse tipo de ferramenta pode ser aplicada para o estudo e otimização de elementos de controle solar, por exemplo. O objetivo da presente pesquisa foi realizar uma análise comparativa de programas e algoritmos de otimização multiobjetivo, que permitem a resolução multicritério, em conjunto com programas de simulação computacional para a verificação das condições de eficiência energética, conforto térmico e iluminação natural de diferentes tipologias de elementos de controle solar. A metodologia utilizada incluiu o uso de ferramentas, tais como, ferramentas de programação visual (Grasshopper), ferramentas CAD (Rhinoceros) e de simulação computacional de consumo energético e iluminação (EnergyPlus e Radiance), para permitir a manipulação de parâmetros de elementos de controle solar de forma generativa e responsiva, considerando a cidade de Foz do Iguaçu-PR. Os resultados demonstraram que o programa Opossum é o mais acessível em termos de configuração, o programa Wallacei X utilizado juntamente com o algoritmo NSGA-II apresentaram melhor desempenho para estudos com número de simulações reduzido, já o programa Octopus utilizado juntamente com o algoritmo SPEA-2 e Hype demonstrou estabilidade para estudos com maior quantidade de simulações, sendo o mais indicado para interoperabilidade com o EnergyPlus e Radiance. Além da avaliação dos programas, foram salientadas as tipologias e características de elementos de controle solar cujo uso, implica ao mesmo tempo, em melhores condições de conforto térmico, lumínico e eficiência energética.
Análise do Comportamento do Asfalto-Borracha modificado com Óleo Vegetal visando a Redução da Viscosidade
(2020-09-16) Reis, Priscila; Orientação
Os ligantes asfálticos convencionais empregados nas misturas asfálticas para fins de pavimentação não têm apresentando resistência adequada para suportar o fluxo de veículos diário. Pesquisas bibliográficas indicam que para melhorar a resistência ao surgimento de patologia, tem-se adicionado ao ligante asfáltico convencional polímeros, fibras, borracha moída de pneus inservíveis, entre outros. A utilização do último aditivo mencionado requer aumento da temperatura de usinagem tendo o produto resultante maior viscosidade rotacional. Em geral, teores de borracha moída entre 18% e 30% (em peso do ligante) apresentam viscosidade rotacional excessiva, o que os torna impróprios para utilização na produção de misturas asfálticas. Para que este tipo de material possa ser utilizado, é preciso adicionar algum produto redutor de viscosidade. Assim, esta pesquisa teve por objetivo avaliar a possível redução da viscosidade rotacional de ligantes asfaltoborracha com viscosidade excessiva mediante adição de óleo vegetal, e consequentemente analisar o desempenho mecânico deste material. Assim, adicionou-se óleo vegetal (soja ou milho/ novo ou residual), em teores de 10, 15 e 20% ao CAP 50/70 modificado com 21% de borracha moída de pneus. A avaliação envolveu ligantes não envelhecidos, envelhecidos em curto prazo e envelhecidos em longo prazo, de modo que todos os ligantes foram submetidos a ensaios de ponto de amolecimento, ponto de fulgor, viscosidade Brookfield, cisalhamento dinâmico e fluência em viga. Também foi efetuada análise termogravimétrica para a mistura CAP 50/70 + óleo de soja (novo e residual) nas porcentagens de 5, 10, 15 e 20%, no estado não envelhecido e envelhecido em longo prazo. Este estudo ainda avaliou o efeito da redução da temperatura de produção do CAP 50/70+ 21% borracha + 10% de óleo de soja residual. Os resultados obtidos nos ensaios laboratoriais foram submetidos a Análises de Variância (ANOVA). Constatou-se que a adição do óleo reduziu efetivamente a viscosidade excessiva inicial do CAP 50/70+21% borracha, e quanto maior a porcentagem de óleo adicionada, maior a redução alcançada, contudo a mesma acabou diminuindo a resistência a flexão desse ligante modificado em temperaturas altas. Já em temperaturas baixas o material tendeu a solidificação e apresentou maior dureza. Notou-se também que durante o processo de envelhecimento houve redução de massa quando comparado ao CAP 50/70, mostrando assim a ocorrência de volatilização do óleo ao invés do ligante asfáltico. Além disso, se observou que o óleo preservou algumas propriedades do CAP 50/70 durante o processo de envelhecimento fazendo com que os resultados obtidos antes e após este processo não apresentassem grande diferença. Concluiu-se então que menores porcentagens de óleo apresentam melhor comportamento mecânico em altas e intermediárias temperaturas. No caso deste estudo o CAP modificado com 21% de borracha e contendo 10% de óleo vegetal resultou na melhor opção, maiores porcentagens de óleo resultaram em grandes perdas de resistência à deformação permanente em altas temperaturas enquanto os valores de rigidez em temperaturas negativas aumentaram significativamente. Com relação ao tipo de óleo empregado bem como sua condição, verificou-se inexistência de diferença estatística entre estes fatores, desta forma, considerando o cenário de reaproveitamento de resíduos, seria interessante a utilização de óleo na condição residual. Além disso, para mitigar o impacto ambiental, o óleo de soja seria o preferido haja vista ser o mais consumido hoje no Brasil.
Seleção e Avaliação de Bactérias Produtoras de CacO3 na Recuperação de Fissuras dos Materiais a Base de Cimento
(2021) Ghellere, Polyana; Orientação
A cicatrização das fissuras presentes nos materiais cimentícios, por meio da bioprecipitação de carbonato de cálcio (CaCO3), realizada por agentes biológicos (bactérias e fungos), vem se tornando uma alternativa biotecnológica para a recuperação de edificações. Neste contexto, a presente pesquisa objetivou selecionar bactérias e avaliar sua capacidade de reparação de fissuras em materiais cimentícios devido à biodeposição de CaCO3. A metodologia foi dividida em três partes. Na primeira foi realizada a seleção de bactérias potencialmente produtoras de carbonato de cálcio, por meio do isolamento de exemplares presentes em amostras coletadas de estruturas cimentícias reais e da visualização da precipitação de CaCO3 em meio de cultivo contendo indicadores de pH, comparando-as com a bactéria Bacillus subtilis já empregada na literatura. Na segunda etapa, foi realizada a produção de amostras prismáticas (4x4x16 cm) e cilíndricas (5x10 cm) de argamassa, com a proporção de 1:3 (cimento:areia) e relação a/c de 0,48, com adição de 105 esporos bacterianos mL-1 e 1% em relação à massa de cimento de extrato de levedura e acetato de cálcio. Os esporos foram aplicados de três formas distintas: (i) água de mistura (AM), (ii) aspersão (ASP) e (iii) água de mistura e aspersão (AM-ASP), sobre as fissuras realistas. Na terceira etapa, foi realizada a avaliação do potencial de reparação de fissuras em matrizes a base de cimento pelos 5 diferentes agentes biológicos selecionados na etapa 1, durante 120 dias. Foram conduzidas análises de imagem do estereomicroscópio, análise da presença do carbonato de cálcio utilizando o ensaio de termogravimetria (TG), avaliação da composição mineralógica do precipitado utilizando o ensaio de difração de raio-X (DRX) e resistência à compressão em amostras cilíndricas não fissuradas. No processo de seleção, constou-se a existência de 5 diferentes bactérias produtoras de CaCO3 quando em meio padrão e alcalino. Estas bactérias quando aplicadas na forma de esporos à matriz cimentícia apresentam um bom desempenho na biodeposição de carbonato de cálcio, para os três tipos de aplicação testados. As bactérias B1, B2 e B4 quando aplicadas na água de mistura e na água de mistura com aspersão foram as que mais se destacaram, sendo do gênero Bacillus subtilis, B. subtilis e B. cereus, respectivamente. Para o período avaliado, amostras com fissuras de pequenas aberturas (inferior a 0,43 mm) tiveram mais sucesso no processo de autocicatrização, sendo representadas pelas amostras ASP-B3, AM-B2, ASP-B2, AM-ASP-B1 e AM-B4, com valores de fissuras recuperadas de 0,43 mm, 0,29 mm, 0,25 mm, 0,24 mm e 0,20 mm, respectivamente. Quando avaliadas quanto ao potencial de recuperação de fissuras a amostra AM-ASP-B1 apresentou o melhor comportamento onde 100% das regiões das fissuras apresentaram precipitação de carbonato de cálcio. Acerca da resistência à compressão, aos 120 dias as amostras com bactérias B1 e B4 apresentaram os melhores resultados, 41,38 MPa e 41,51 MPa, respectivamente. Verificou-se que a utilização de bactérias do gênero Bacillus como agentes de autocicatrização biológica em matrizes cimentícias pode ser uma solução promissora para a minimização de manifestações patológicas decorrentes de fissuras.
Estudo Experimental do Acoplamento Corrosão-Fissuração em Vigas de Concreto Armado
(2021) Bertuzzo, Thiago Augusto
O objetivo do presente trabalho é analisar experimentalmente o efeito conjunto da corrosão por íons cloreto com dano mecânico em vigas de concreto armado. Mais especificamente, o estudo pretende avaliar o efeito do acoplamento corrosão-fissuração para diferentes níveis de danificação da estrutura, e posteriormente analisar o modelo proposto por Brant (2019). A campanha experimental da pesquisa apresenta os métodos utilizados para ensaiar 8 vigas de concreto armado de dimensões de 7x7x200 cm, instrumentadas com medidores de deslocamento com precisão de milésimos de milímetros. Uma viga foi ensaiada apenas com dano mecânico (ensaio monossinal com impacto), determinando o 𝑀𝑐𝑟 e 𝑀𝑝. Seis vigas foram separadas em pares, sendo cada conjunto submetido a um nível de fissuração distinto através de carga imposta. O primeiro par apresentou apenas dano mecânico e os demais apresentaram dano mecânico e plastificação. Uma viga de cada par foi submetida à ação de íons cloreto, por meio da aspersão superficial com solução de NaCl a 3,5%. A oitava viga não sofreu danificação mecânica, apenas degradação por íons cloretos. As vigas ficaram submetidas ao processo de degradação por íons cloretos por 11 meses1. Durante o experimento, foram realizados 8 processos de descargas (descarregamentos) para determinar a danificação, bem como leituras de potencial de corrosão para determinar a probabilidade de ocorrência de corrosão. No fim do processo de degradação por corrosão, a oitava viga (que estava sobre processo de degradação, sem carregamento) foi submetida ao ensaio monossinal com impacto. No fim dos ensaios, as vigas foram abertas e as barras limpas, constando-se que o processo corrosivo foi instalado nas armaduras. As vigas degradadas tiveram um aumento de fissuração em comparação com as vigas de referência, variando o aumento de aproximadamente 50% a quase 290% na parte inferior da viga, sendo a diferença maior para menores níveis de dano. Foi verificado uma maior área de corrosão nas armaduras quanto maior o dano mecânico, entretanto não foi aferido uma relação direta entre a maior fissuração das vigas e uma maior profundidade de pite. Constatou-se que mesmo para baixas taxas de corrosão, em torno de 2% de perda de massa, a corrosão diminui a recuperação (deslocamento) das vigas, reduzindo de 38% até 200% a diferença na recuperação, ampliando a diferença quanto maior o dano. Analisando o modelo proposto por Brant (2019) para os dados experimentais deste estudo, verificou-se a necessidade de consideração dos efeitos do tempo na Teoria do Dano Concentrado, o que torna o modelo mais complexo. Por fim, este trabalho permitiu iniciar a compreensão do efeito acoplado corrosão-fissuração em elementos de concreto armado, contribuindo para o processo de validação do modelo de Brant (2019).
Método CID aplicado na Calibração de Modelo MEF de Descolamento de Interface Coesiva Rocha-argamassa
(2021) Silva Junior, Edivaldo José; Kzam, Aref Kalilo Lima
Na engenharia civil, a estabilidade de muitas estruturas depende das propriedades físicas do contato entre o concreto assentado na superfície rochosa de fundação. Normalmente, são estruturas críticas de grande importância para a sociedade, como por exemplo: pontes, túneis e barragens. Dessa forma, o comportamento cisalhante de juntas rocha-concreto é um fator que afeta a estabilidade estrutural. O método de zonas coesivas (MZC), permite simular o início da formação de uma fissura e a sua propagação, sem a necessidade de se saber onde a trinca está ou iniciará. Dessa forma, neste trabalho foi desenvolvido um modelo numérico capaz de simular a falha por descolamento interfacial do contato entre uma estrutura formada pelo assentamento de argamassa em uma superfície rochosa de granito. A calibração do modelo numérico foi realizada por meio dos resultados de um ensaio experimental de compressão simples em um bloco de rocha em contato com a argamassa por meio de uma interface inclinada. O monitoramento do ensaio foi realizado utilizando uma câmera digital de alta resolução. Os dados foram processados utilizando o método de correlação de imagens digitais (CID) para a obtenção de dados de deslocamento e deformação. Os resultados CID foram utilizados para calibrar o modelo numérico não linear do ensaio utilizando o método bilinear de zona coesiva nos elementos de contato interfacial rocha-argamassa. Por meio de uma análise paramétrica, determinou-se os parâmetros da lei bilinear (Tensão máxima de tração, deslocamento crítico e taxa de danificação). Estimou-se também, indiretamente, a taxa de liberação de energia de deformação crítica da ruptura do contato.
Long-term Dynamic Monitoring of a Concrete Block of the Itaipu Hydroelectric Dam
(2021) Ardila Ardila, Yeny Victoria; Orientação
Dams are structures that offer multiple benefits: water for irrigation, energy, flood control, among others. The structural integrity of these structures can be affected over time by agerelated deterioration, flooding, earthquakes and other factors, representing a potential risk to the population and neighboring ecosystems. Therefore, it is necessary to implement monitoring systems that allow the assessment of the structural integrity of these structures by obtaining and observing the evolution of the main static and dynamic properties. Dynamic monitoring involves measuring the structural response in the form of acceleration due to ambient excitations and then identifying modal parameters: natural frequencies, damping ratios and mode shapes. As these dynamic characteristics depend on physical properties such as mass or stiffness, the detection of significant changes in the modal parameters indicates the presence of structural anomalies. However, many studies have shown that environmental and operational conditions can induce changes in modal parameters to the same degree as the damage. Therefore, dynamic monitoring should include the normalization of information to separate the changes in modal parameters produced by these environmental and operational variables from those produced by damage. In this work, continuous monitoring of the modal parameters (natural frequencies and damping ratios) of a hollow-gravity concrete block of the Itaipu Hydroelectric Dam is performed for three years of operation (January/2018 - December/2020). This block is instrumented with two triaxial sensors that permanently record acceleration data with a sampling frequency of 200 [Hz]. For this application, a methodology was configured to estimate modal properties automatically. The procedure starts from the identification results using the SSI-COV algorithm to 30-minute long accelerations time series. Subsequently, the obtained stability diagram goes through a cleaning phase, where the spurious modes are discarded, a grouping phase, where the modes with similar modal characteristics are clustered, and a selection phase, where the identified physical modes are extracted. These modes are compared with reference modes, allowing automatic tracking of natural frequencies and damping ratios. The process is repeated for each set of 30-minute long time series, producing a new set of modal parameters in each analysis. Once the identification and tracking process is completed, the effect of ambient temperature and reservoir water level on the temporal evolution of the identified parameters is analyzed. Autoregressive moving average models with exogenous inputs (ARMAX) are fitted to separate the effects of environmental variables from the modal parameters. As a result, nine modes were identified and tracked during the three years of operation. Correlation analysis between the identified modal parameters and temperature and reservoir water level showed that these environmental variables influence natural frequencies. ARMAX models were able to mitigate these effects and reduce the variability in natural frequencies by more than 10 [%] for the modes associated with the frequencies most influenced by these environmental conditions.
Avaliação da Utilização de Polietileno Tereftalato (PET) e Poliestireno Expandido (EPS) Reciclados na Produção de Blocos de Concreto
(2021) Berwanger, Cleofas; Pippo, Walfrido Alonso
O estudo tem como objetivo o desenvolvimento de blocos de concreto com a adição de Polietileno tereftalato (PET) e Poliestireno expandido (EPS) reciclados, buscando o reaproveitamento de materiais descartados. O trabalho compreende a avaliação através da realização de experimentos comparativos entre a mistura de referência e a formulação com PET e EPS, em teores de substituição volumétricos de 5, 10, 15, 20, 30 e 40%, para o desenvolvimento de blocos de concreto reciclado (BCR), Classe C, sem função estrutural, com dimensões de 14x19x39cm. Com base nos resultados de experimentos piloto com corpos de prova, foram fabricadas três séries de blocos do tipo BCR, empregando as três misturas com menor teor de reciclados (BCR-5, BCR-10 e BCR-15). Após, foram avaliadas as propriedades de absorção de água, umidade relativa, massa específica, índice de vazios, análise dimensional e resistência mecânica à compressão axial. O estudo também englobou avaliações de custo comparativo de insumos para a produção, custo de manejo dos resíduos e emissão de CO2. Os resultados alcançados demonstram que teores de reciclados para os modelos BCR-5 e BCR-10, não alteraram de forma significativa as propriedades analisadas, sendo estatisticamente equivalentes ao bloco de concreto tradicional. Já o modelo com maior quantidade de reciclados (BCR-15) teve uma redução da resistência à compressão axial de 12,75%, acréscimo do nível de absorção de água de 6,66% e redução da massa específica dos blocos de 4,00%. Todos os modelos de blocos analisados atenderam aos requisitos impostos pela normatização do tema, sendo classificados como Classe C. Os resultados obtidos para avaliação de custo demonstram um incremento no valor unitário do bloco BCR em até 5,19%; em paralelo, constatou-se uma redução de até 4,20% na emissão de CO2, considerando a obtenção e o transporte de insumos.
Determinação das Emissões de CO2 e Energia Incorporada de Argamassas de Revestimento na Fase de Execução: Estudo de Caso de Foz do Iguaçu
(2021) Slovinski, Isadora Ghellere; Orientação
As argamassas mistas de revestimento são consideradas como potencial fonte de emissões de CO2, devido ao processo produtivo dos materiais presentes em sua composição, como cimento e cal. No Brasil, o uso desses materiais para a produção das argamassas de revestimento em obra, ainda é realizada de forma convencional, com baixo nível de industrialização, com influência pessoal da mão de obra. Tal processo de produção é caracterizado por maiores consumos de materiais, devido ao desconhecimento das propriedades e características do revestimento, interferindo de forma negativa em aspectos ambientais. Assim, o objetivo deste trabalho foi determinar as emissões de CO2 e a energia incorporada na fase de execução das argamassas de revestimento em obras na cidade de Foz do Iguaçu-Pr. Para isto, executou-se um estudo inventário baseado no pensamento do Ciclo de Vida, segundo a NBR ISO 14044, com dados primários de 12 obras residenciais de médio e baixo padrão. As informações sobre consumos dos materiais, dos combustíveis para transporte até a obra, da energia elétrica para produção dos revestimentos, da água de lavagem da betoneira e as perdas incorporadas devido a sobrespessura, foram coletadas por meio de visita e acompanhamento dos processos de produção e aplicação dos revestimentos in loco. Os resultados mostraram que os traços utilizados apresentam variações, entre 1:0,5:6 e 1:2,8:6,8 (cimento:cal:areia). O consumo de cimento foi de 2,4 e 8 kg/m², da cal de 0,7 e 9,6 kg/m², do filito de 1,2 a 2,6 kg/m² e da areia 13 e 56 kg/m². Com isto as emissões de CO2 variaram de entre 3 e 29 kgCO2/m² em traços com o uso de cal na composição, e entre 2 e 7 kgCO2/m² com o uso de filito. A energia incorporada variou entre 12 a 171 MJ/m² quando empregada a cal e 8 a 40 MJ/m² quando empregado filito. As perdas incorporadas variaram de 17 e 151% equivalentes a 1 e 25 kgCO2/m² e 5 e 146 MJ. Identificou-se ainda que, revestimentos com maior resistência de aderência a tração aos sete dias de cura, não necessariamente necessitam de maiores consumos de cimento e cal nos traços. Para melhorar o uso dos recursos materiais mais emitentes é necessário um maior controle tecnológico nos processos em obra, através da definição de premissas na produção e aplicação dos revestimentos. Estas contemplam a orientação da mão de obra responsável pela produção, principalmente sobre ordem do emprego dos materiais na mistura, do tempo de mistura e da espessura necessária de aplicação do revestimento.
Refinamento Adaptativo na Análise não Linear Via Método Secante para Vigas de Concreto Armado
(2021) Gracite, Paula Maria Aires; Orientação
Neste trabalho são desenvolvidos e comparados critérios de refino adaptativo para análise não linear de vigas de concreto armado sob flexão simples. Inicialmente são desenvolvidos estimadores de erro de deslocamento e curvatura, considerando uma representação inexata da rigidez à flexão ao longo da viga. Estes estimadores de erros são então utilizados para identificar quais elementos da malha precisam ser refinados. O método desenvolvido por Melo (2019) é utilizado para realizar a análise não-linear das vigas de concreto armado. Este método baseia-se na solução iterativa do sistema de equações não-linear utilizando a rigidez Secante e diagramas momento-curvatura calculado previamente para as seções analisadas. A estratégia de refino adaptativo é validada através de exemplos numéricos. Os resultados demonstram que a técnica desenvolvida possibilita a obtenção de resultados precisos com significativa redução de esforço computacional. Além disso, observou-se que o estimador de erro de deslocamentos se mostra mais eficiente do que o estimador de erro de curvaturas para o contexto do refino adaptativo, possibilitando uma maior redução do esforço computacional necessário.

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